KR20110014606A - Polymer pen lithography - Google Patents

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KR20110014606A
KR20110014606A KR1020107026426A KR20107026426A KR20110014606A KR 20110014606 A KR20110014606 A KR 20110014606A KR 1020107026426 A KR1020107026426 A KR 1020107026426A KR 20107026426 A KR20107026426 A KR 20107026426A KR 20110014606 A KR20110014606 A KR 20110014606A
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KR1020107026426A
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채드 에이. 머킨
펭웨이 후오
지지안 젱
겡펭 젱
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노오쓰웨스턴 유니버시티
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Abstract

본 개시 내용은 엘라스토머 압축성 폴리머로 이루어진 팁 어레이를 사용하여 기재 상에 인디시아를 인쇄하는 방법에 관한 것이다. 상기 팁 어레이는 전통적인 포토리소그라피 방법을 사용하여 제조될 수 있으며, 임의의 소망하는 개수 및/또는 배열의 팁을 구비하도록 맞춤 제작될 수 있다. 패턴의 수많은 (예를 들어, 15,000개 이상 또는 1100만개 이상의) 복제품이 짧게는 40분 이내에 평행한 방식으로 만들어 질 수 있다. The present disclosure relates to a method of printing indicia on a substrate using a tip array of elastomeric compressible polymers. The tip array can be manufactured using traditional photolithography methods and can be customized to have any desired number and / or arrangement of tips. Numerous (eg, 15,000 or more than 11 million) copies of the pattern can be made in a parallel fashion in as little as 40 minutes.

Description

폴리머 펜 리소그라피 {POLYMER PEN LITHOGRAPHY}Polymer pen lithography {POLYMER PEN LITHOGRAPHY}

관련 출원에 대한 교차 참조Cross Reference to Related Applications

본 발명은 2008년 4월 25일에 출원한 미국 가출원 일련번호 제61/047,910호, 2008년 5월 1일에 출원한 미국 가출원 일련번호 제61/049,679호 및 2008년 6월 27일에 출원한 미국 가출원 일련번호 제61/076,199호의 35 USC §119(e) 하의 혜택을 주장하며, 이들의 개시 내용은 원용에 의해 전체로서 본 출원에 포함된다.The present invention discloses US Provisional Serial No. 61 / 047,910, filed April 25, 2008, US Provisional Serial No. 61 / 049,679, filed May 1, 2008, and filed on June 27, 2008. Claims under 35 USC §119 (e) of US provisional application Ser. No. 61 / 076,199, the disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

정부 이해 관계에 대한 진술Statement of Government Interests

본 발명은 미 국립 과학재단 (NSF-NSEC) 보조금 제EEC-0647560호 및 미 국립 암 연구소 (NCI-CCNE) 보조금 제5 U54 CA 119341호에 따라 미국 정부의 지원으로 완성된 것이다. 미국 정부는 본 발명에 대하여 소정의 권리를 가진다.The invention has been completed with the support of the US Government in accordance with the National Science Foundation (NSF-NSEC) Grant No. EEC-0647560 and the National Cancer Institute (NCI-CCNE) Grant No. 5 U54 CA 119341. The United States government has certain rights in this invention.

리소그라피는 집적 회로, 정보 저장장치, 비디오 스크린, 미소 전기기계 시스템(micro-electromechanical system: MEMS), 소형화 센서, 마이크로유체 장치, 바이오칩, 포토닉 밴드갭(photonic band gap) 구조물 및 회절 광학소자를 포함한 현대 과학과 기술의 다양한 분야에서 사용되고 있다(1-6). 일반적으로, 리소그라피는 패턴화 전략에 기초하여 2개의 부류, 평행복제(parallel replication) 및 연속작성(serial writing)으로 나눌 수 있다. 포토리소그라피(7), 접촉인쇄(contact printing) (8-11), 및 나노임프린트 리소그라피(nanoimprint lithography)(12)와 같은 평행 복제 방법은 높은 처리량의, 대면적 패턴화에 유용하다. 그러나, 이들 방법의 대부분은 연속작성 방식에 의해 미리 정의된 패턴을 복제할 수 있을 뿐이며, 따라서 상이한 패턴들을 임의로 생성하기 위해 사용할 수는 없다 (즉, 하나의 마스크는 한 세트의 구조를 제공한다). 이에 비해, 전자빔 리소그라피(EBL), 이온빔 리소그라피 및 다수의 스캐닝 프로브 마이크로스코피(scanning probe microscopy: SPM) 기반의 방법 (13-16)을 포함하는 연속작성 방법은 높은 해상도(resolution)와 레지스트레이션(registration)으로 패턴을 생성할 수 있으나, 처리량에 한계가 있다(17, 18). 실제로, 연구자들은 단지 최근에 이르러서야 딥-펜 나노리소그라피(Dip-Pen Nanolithography: DPN)을 위한 2차원 외팔보(cantilever) 어레이(array)를 이용하여 제곱 센티미터 면적 상에 분자 기반의 물질로 이루어진 패턴화 구조물을 생산하는 방법을 알아내었다 (19, 20). Lithography includes integrated circuits, information storage devices, video screens, micro-electromechanical systems (MEMS), miniaturized sensors, microfluidic devices, biochips, photonic band gap structures and diffractive optics. It is used in various fields of modern science and technology (1-6) . In general, lithography can be divided into two classes, parallel replication and serial writing, based on patterning strategies. Parallel replication methods such as photolithography (7) , contact printing (8-11) , and nanoimprint lithography (12) are useful for high throughput, large area patterning. However, most of these methods can only duplicate patterns predefined by the continuous writing method, and thus cannot be used to randomly generate different patterns (ie, one mask provides a set of structures). . In contrast, continuous writing methods, including electron beam lithography (EBL), ion beam lithography, and multiple scanning probe microscopy (SPM) based methods (13-16) , have high resolution and registration. Pattern can be generated, but throughput is limited ( 17, 18 ). In fact, researchers have only recently patterned molecular-based materials on a square centimeter area using two-dimensional cantilever arrays for dip-pen nanolithography (DPN). I found out how to produce the structure (19, 20 ).

C. A. Mirkin, ACS Nano 1, 79 (2007).C. A. Mirkin, ACS Nano 1, 79 (2007). K. Salaita, 등, Nat. Nanotech. 2, 145 (2007).K. Salaita, et al., Nat. Nanotech. 2, 145 (2007). D. S. Ginger, 등, Angew. Chem. Int. Ed. 43, 30 (2004).D. S. Ginger, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 43, 30 (2004). Y. Xia, G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. 37, 551 (1998).Y. Xia, G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. 37, 551 (1998). Y. Xia, G. M. Whitesides, Ann. Rev. Mater. Sci. 28, 153 (1998).Y. Xia, G. M. Whitesides, Ann. Rev. Mater. Sci. 28, 153 (1998). M. Qi 등, Nature 429, 538 (2004).M. Qi et al., Nature 429, 538 (2004). T. Ito, S. Okazaki, Nature 406, 1027 (2000).T. Ito, S. Okazaki, Nature 406, 1027 (2000). Y. L. Loo, 등, J. Am. Chem. Soc. 124, 7654 (2002).Y. L. Loo, et al., J. Am. Chem. Soc. 124, 7654 (2002). Z. Zheng, 등, J. Am. Chem. Soc. 128, 7730 (2006).Z. Zheng, et al., J. Am. Chem. Soc. 128, 7730 (2006). A. Kumar, G. M. Whitesides, Appl. Phys. Lett. 63, 2002 (1993).A. Kumar, G. M. Whitesides, Appl. Phys. Lett. 63, 2002 (1993). M. N. Yousaf, 등, Proc. Natl. Acad. Sci. 98, 5992 (2001).M. N. Yousaf, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 98, 5992 (2001). S. Y. Chou, 등, Science 272, 85 (1996).S. Y. Chou, et al., Science 272, 85 (1996). S. Xu, 등, Langmuir 15, 7244 (1999).S. Xu, et al., Langmuir 15, 7244 (1999). M. Geissler, Y. Xia, Adv. Mater. 16, 1249 (2004).M. Geissler, Y. Xia, Adv. Mater. 16, 1249 (2004). B. D. Gates 등, Chem. Rev. 105, 1171 (2005).B. D. Gates et al., Chem. Rev. 105, 1171 (2005). R. D. Piner, 등, Science 283, 661 (1999).R. D. Piner, et al., Science 283, 661 (1999). S. Kramer, 등, Chem. Rev. 103, 4367 (2003).S. Kramer, et al., Chem. Rev. 103, 4367 (2003). R. Maoz, 등, Adv. Mater. 11, 55 (1999).R. Maoz, et al., Adv. Mater. 11, 55 (1999). S. Lenhert, 등, Small 3, 71 (2007).S. Lenhert, et al., Small 3, 71 (2007). K. Salaita 등, Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7220 (2006).K. Salaita et al., Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7220 (2006). S. Hong, C. A. Mirkin, Science 288, 1808 (2000).S. Hong, C. A. Mirkin, Science 288, 1808 (2000). L. M. Demers 등, Science 296, 1836 (2002).L. M. Demers et al., Science 296, 1836 (2002). K.-B. Lee, 등, Science 295, 1702 (2002).K.-B. Lee, et al., Science 295, 1702 (2002). 예를 들어, 전통적인 Si3N4 외팔보(곡률 반경 = 20-60nm)를 사용한 금 기재 위의 10㎛ x 10㎛ MHA 형상의 DPN 제작은 대략 30분이 소요됨.For example, fabrication of a 10 μm × 10 μm MHA shape DPN on a gold substrate using a traditional Si 3 N 4 cantilever (curvature radius = 20-60 nm) takes approximately 30 minutes. E. Delamarche 등, Langmuir 19, 8749 (2003).E. Delamarche et al., Langmuir 19, 8749 (2003). T. W. Odom, 등, Langmuir 18, 5314 (2002).T. W. Odom, et al., Langmuir 18, 5314 (2002). H. Zhang, 등, Nano Lett. 4, 1649 (2004).H. Zhang, et al., Nano Lett. 4, 1649 (2004). X. Wang 등, Langmuir 19, 8951 (2003).X. Wang et al., Langmuir 19, 8951 (2003).

DPN은 "잉크"가 코팅된 원자력 현미경(AFM) 외팔보를 사용하여 "건설적" 방식으로 높은 레지스트레이션과 50nm 미만의 해상도로 표면에 연질 또는 경질재료를 전달한다 (3, 16, 21-23). 고밀도 외팔보 어레이와 조합된 경우, DPN은 중간 정도의 처리량으로 비교적 넓은 면적에 걸쳐 분자 기반의 패턴을 구성하기 위하여 다재 다능하고 강력한 도구이다(1). DPN의 한계는, 1) 단일 실험에서는 마이크로 및 나노 길이 규모에 걸쳐 용이하고 신속한 작업을 할 수 없는 점 (통상, 날카로운 팁이 나노 규모의 형상(feature)을 생성하기 위해 최적화되거나, 혹은 뭉툭한 팁이 마이크로 규모의 형상을 생성하기 위해 사용됨) (24); 및 2) 대면적 패턴화를 달성하기 위해 취약하고 고가인 2차원 외팔보 어레이를 필요로 하는 점이다. 실제로, 평행의, 높은 처리량 및 직접 작성의 방식으로 나노미터로부터 밀리미터 규모까지의 범위에 이르는 크기를 가진 분자 기반의 형상을 신속하게 패턴화할 수 있는 간단한 전략은 존재하지 않는다. 따라서, 높은 해상도, 레지스트레이션 및 처리량과, 연질 물질 적합성이고 저비용인 패턴화 능력을 제공할 수 있는 리소그라피 방법에 대한 요구가 존재한다.DPN uses an "ink" coated atomic force microscopy (AFM) cantilever to deliver soft or hard materials to surfaces in a "constructive" manner with high registration and sub-50 nm resolution ( 3, 16, 21-23 ). When combined with high density cantilever arrays, DPN is a versatile and powerful tool for constructing molecular-based patterns over a relatively large area with moderate throughput (1) . The limitations of DPN include: 1) the inability to work quickly and easily across micro and nano length scales in a single experiment (usually a sharp tip is optimized to produce nanoscale features, or blunt tips Used to create micro scale shapes) 24 ; And 2) the need for fragile and expensive two-dimensional cantilever arrays to achieve large area patterning. Indeed, there is no simple strategy for rapidly patterning molecular-based shapes with sizes ranging from nanometers to millimeters in a parallel, high throughput and direct manner. Accordingly, there is a need for a lithography method that can provide high resolution, registration and throughput, and soft material compatibility and low cost patterning capability.

개요summary

본 개시 내용은 폴리머 팁 어레이(polymer tip array)를 사용하여 기재 표면에 인디시아(indicia)를 인쇄하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 각각 약 1㎛ 미만의 곡률 반경을 가진, 복수개의 비-외팔보(non-cantilevered) 팁을 포함하는, 압축성 폴리머를 포함한 팁 어레이를 사용하여 기재 표면에 인디시아를 인쇄하는 방법이 여기에 개시된다.The present disclosure relates to a method of printing indicia on a substrate surface using a polymer tip array. More specifically, a method of printing indicia on a substrate surface using a tip array comprising a compressible polymer, each comprising a plurality of non-cantilevered tips, each having a radius of curvature of less than about 1 μm. Is initiated.

따라서, 한 측면에서, (1) 각각 약 1㎛ 미만의 곡률반경을 가지는 복수개의 팁을 구비한 압축성 엘라스토머 폴리머를 포함하는 팁 어레이를 패턴화 조성물로 코팅하는 단계, (2) 제1 접촉 기간 동안 및 제1 접촉 압력에서 상기 어레이의 코팅된 팁의 전부 또는 실질적으로 전부를 기재 표면과 접촉시키고, 이로써 패턴화 조성물을 상기 기재 표면에 퇴적시켜 1㎛ 미만의 실질적으로 균일한 형상 크기(feature size) 그리고 바람직하게는 또한 실질적으로 균일한 형상 형태(feature shape)을 가지는 인디시아를 형성하는 단계를 포함하는 기재 표면에 인디시아를 인쇄하는 방법이 여기에 제공된다. 코팅은 팁 어레이 상으로 패턴화 조성물을 흡착 또는 흡수하는 것을 포함한다. 상기 방법은 팁 어레이 또는 기재 표면 중 단지 하나를 이동시키거나, 혹은 팁 어레이 및 기재 표면을 모두 이동시키는 단계, 및 제2 접촉 기간 동안 및 제2 접촉 압력 하에 접촉 단계를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 접촉 기간 및 압력은 동일하거나 상이할 수 있다. 접촉 압력은 기판 또는 팁 어레이가 탑재되는 압전 스캐너(piezo scanner)의 z 압전(z-piezo)을 제어함에 의해 제어될 수 있다. 도트, 선(예를 들어, 개개의 점들로부터 혹은 연속적으로 형성된 직선 또는 곡선), 미리 선택된 패턴 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 인디시아를 형성하도록 팁 어레이와 기재 표면 사이의 측방향 움직임을 (예를 들어, 움직임을 변경하고/하거나 움직임을 제한함에 의해) 제어할 수 있다. 접촉 압력 및/또는 접촉 기간을 제어하는 단계는, 인디시아, 예를 들어 제어 가능하고 재현 가능한 크기를 가진 도트를 생산할 수 있다. 개시된 방법에 의해 형성된 인디시아는 1 미크론 미만, 예를 들어 900nm 이하, 800nm 이하, 700nm 이하, 600nm 이하, 500nm 이하, 400nm 이하, 300nm 이하, 200nm 이하, 100nm 이하, 100nm 이하, 또는 80nm 이하인, 최소의 형상 크기(예를 들어, 도트 크기 또는 선폭)를 가질 수 있다. Thus, in one aspect, (1) coating a tip array with a patterning composition comprising a compressive elastomeric polymer having a plurality of tips each having a radius of curvature of less than about 1 μm, and (2) during the first contact period And contacting all or substantially all of the coated tips of the array at a first contact pressure with the substrate surface, thereby depositing a patterned composition on the substrate surface to produce a substantially uniform feature size of less than 1 μm. And preferably also a method of printing indicia on a substrate surface comprising forming indicia having a substantially uniform feature shape. The coating includes adsorbing or absorbing the patterned composition onto the tip array. The method may further comprise moving only one of the tip array or the substrate surface, or moving both the tip array and the substrate surface, and repeating the contacting step during the second contact period and under the second contact pressure. Can be. The first and second contact periods and pressures may be the same or different. The contact pressure can be controlled by controlling the z-piezo of the piezo scanner on which the substrate or tip array is mounted. Lateral motion between the tip array and the substrate surface to form indicia comprising dots, lines (e.g., straight lines or curves formed from individual points or continuously), preselected patterns, or any combination thereof. For example, by changing the movement and / or limiting the movement. Controlling the contact pressure and / or contact duration can produce indicia, for example dots with controllable and reproducible size. The indicia formed by the disclosed method has a minimum of less than 1 micron, for example 900 nm or less, 800 nm or less, 700 nm or less, 600 nm or less, 500 nm or less, 400 nm or less, 300 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 100 nm or less, or 80 nm or less. It may have a shape size of (eg, dot size or line width).

본 개시의 다른 측면은 기재 표면에 대하여 여기에 개시된 팁 어레이를 평활화(leveling)하는 방법을 제공한다.Another aspect of the disclosure provides a method of leveling a tip array disclosed herein with respect to a substrate surface.

하나의 방법은, 팁의 내부 표면으로부터 입사광의 내부 반사를 일으키도록 입사광으로 팁 어레이를 배면 조명(backlighting)하는 단계, 팁 어레이의 팁과 기재 표면을 함께 z축을 따라 기재 표면과 팁의 부분집합 간의 접촉 지점까지 가져오는 단계 (여기서, 기재 표면과 접촉하고 있는 팁의 부분집합으로부터 반사된 광의 강도 증가는 접촉을 나타내는 반면, 다른 팁으로부터 반사된 광의 강도에 변화가 없는 것은 비접촉(non-contacting) 팁을 나타냄) 및 비접촉 팁과 기재 표면 사이의 접촉을 달성하도록 팁의 내부 표면으로부터의 반사광의 강도에서의 차이에 응답하여 상기 팁 어레이 및 상기 기재 표면 중 하나 또는 이들 모두를 서로에 대하여 기울이는(tilting) 단계를 포함한다. 상기 기울이는 단계는 기재 표면에 대하여 팁의 어레이를 평활화하도록 x축, y축 및 z축 중 어느 하나를 따라 1회 이상 수행될 수 있다. 반사된 광은, 만일 팁 어레이 재료가 적어도 반투명(translucent)이라면, 입사광의 방향으로 팁 어레이 재료를 통해 뒤쪽에서 반사된 광의 적어도 일부가 전파됨에 의해 관찰될 수 있다. 바람직하게는 팁 어레이가 탑재되는 모든 기재도 적어도 반투명이거나 투명하다.One method comprises backlighting the tip array with incident light to cause an internal reflection of the incident light from the inner surface of the tip, the tip of the tip array and the substrate surface together between the substrate surface and a subset of the tip along the z axis. Bringing up to the point of contact, where an increase in the intensity of light reflected from a subset of the tip in contact with the substrate surface is indicative of a contact, while a change in the intensity of light reflected from the other tip is a non-contacting tip And tilting one or both of the tip array and the substrate surface relative to each other in response to a difference in intensity of reflected light from the inner surface of the tip to achieve contact between the non-contact tip and the substrate surface. Steps. The tilting step may be performed one or more times along any one of the x, y and z axes to smooth the array of tips with respect to the substrate surface. The reflected light can be observed by propagating at least some of the reflected light back through the tip array material in the direction of incident light if the tip array material is at least translucent. Preferably all substrates on which the tip array is mounted are also at least translucent or transparent.

또 다른 방법은 팁의 내부 표면으로부터 입사광의 내부 반사를 일으키도록 입사광으로 팁 어레이를 배면 조명하는 단계, 팁 어레이의 팁과 기재 표면 사이에 접촉을 유발하도록 팁 어레이의 팁과 기재 표면을 z축을 따라 함께 가져오는 단계, 팁의 부분 집합을 압축하여 팁으로부터의 반사광의 강도가 기재 표면에 대한 팁의 압축 정도의 함수로서 증가하도록 팁 어레이 및 기재 중 하나 또는 이들 모두를 서로를 향하여 z축을 따라 추가로 이동시키는 단계, 기재 표면과 팁 사이에 실질적으로 균일한 접촉을 달성하도록 팁의 내부 표면으로부터의 반사광의 강도에서의 차이에 응답하여 팁 어레이 및 기재 표면 중 하나 또는 이들 모두를 서로에 대하여 기울이는 단계를 포함한다. 상기 기울이는 단계는, 예를 들어 팁으로부터의 반사광의 균일한 강도에 의해 정해지는 바와 같이, 기재 표면에 대하여 팁의 어레이를 평활화하도록 x축, y축 및 z축 중 어느 하나를 따라 1회 이상 수행될 수 있다. 반사된 광은, 만일 팁 어레이 재료가 적어도 반투명이라면, 입사광의 방향으로 팁 어레이 재료를 통해 뒤쪽에서 반사된 광의 적어도 일부가 전파됨에 의해 관찰될 수 있다. 바람직하게는 팁 어레이가 탑재되는 모든 기재도 적어도 반투명이거나 투명하다.Another method is to back-illuminate the tip array with the incident light to cause an internal reflection of the incident light from the inner surface of the tip, and the tip and substrate surface of the tip array along the z axis to cause contact between the tip of the tip array and the substrate surface. Bringing together, further compressing a subset of the tips so that the intensity of the reflected light from the tips increases as a function of the degree of compression of the tips relative to the substrate surface and further along one or both of the tip arrays and substrates along the z axis towards each other. Moving, tilting one or both of the tip array and the substrate surface relative to each other in response to a difference in intensity of reflected light from the inner surface of the tip to achieve a substantially uniform contact between the substrate surface and the tip. Include. The tilting step is performed one or more times along any one of the x-axis, y-axis, and z-axis to smooth the array of tips with respect to the substrate surface, as determined, for example, by the uniform intensity of the reflected light from the tip. Can be. The reflected light can be observed by propagating at least some of the reflected light back through the tip array material in the direction of incident light if the tip array material is at least translucent. Preferably all substrates on which the tip array is mounted are also at least translucent or transparent.

본 개시의 또 다른 측면은 팁 어레이를 제공하는 것이다. 팁 어레이는 규칙적인 주기 패턴으로 배열된 복수개의 팁을 포함할 수 있다. 팁의 곡률반경은 약 0.5㎛ 미만, 약 0.2㎛ 미만, 또는 약 100nm 미만일 수 있다. 팁은 동일한 형태를 가지거나, 피라미드 형태일 수 있다. 팁 어레이의 폴리머는 약 10MPa 내지 약 300MPa의 압축 모듈러스를 가질 수 있다. 폴리머는 약 10MPa 내지 약 300MPa의 압력 하에 후크 탄성(Hookean)일 수 있다. 폴리머는 가교될 수 있다. 폴리머는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함할 수 있다. PDMS는 트리메틸실록시 말단의 비닐메틸실록산-디메틸실록산 코폴리머, 메틸히드로실록산-디메틸실록산 코폴리머 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 팁 어레이는 공통 기재(common substrate)에 고정될 수 있다. 공통 기재는 유리와 같은 강성 지지체(rigid support)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 공통 기재는 강성 지지체에 고착될 수 있다. 공통 기재는 팁 어레이와 동일한 폴리머를 포함할 수 있거나 혹은 팁 어레이와는 다른 엘라스토머성 폴리머일 수 있는 엘라스토머 층을 포함할 수 있다. 팁 어레이, 공통 기재 및/또는 강성 지지체는 적어도 반투명일 수 있고 투명할 수 있다. 특정 구현예에서, 팁 어레이, 공통 기재 및 강성 지지체는, 존재하는 경우, 각각 적어도 반투명 또는 투명하다. 팁 어레이 및 공통 기재 (예를 들어, 엘라스토머층)은 약 200㎛ 미만, 바람직하게는 약 150㎛ 미만, 또는 더 바람직하게는 약 100㎛의 높이를 가질 수 있다.Another aspect of the disclosure is to provide a tip array. The tip array may include a plurality of tips arranged in a regular periodic pattern. The radius of curvature of the tip may be less than about 0.5 μm, less than about 0.2 μm, or less than about 100 nm. The tips may have the same shape or may be pyramid shaped. The polymer of the tip array may have a compression modulus of about 10 MPa to about 300 MPa. The polymer may be hookean under pressure of about 10 MPa to about 300 MPa. The polymer may be crosslinked. The polymer may comprise polydimethylsiloxane (PDMS). PDMS can be trimethylsiloxy terminated vinylmethylsiloxane-dimethylsiloxane copolymer, methylhydrosiloxane-dimethylsiloxane copolymer or mixtures thereof. The tip array can be secured to a common substrate. The common substrate may comprise a rigid support such as glass. Alternatively, the common substrate can be fixed to the rigid support. The common substrate may comprise an elastomeric layer that may comprise the same polymer as the tip array or may be an elastomeric polymer different from the tip array. The tip array, common substrate and / or rigid support may be at least translucent and transparent. In certain embodiments, the tip array, common substrate, and rigid support, when present, are at least translucent or transparent, respectively. The tip array and common substrate (eg, elastomer layer) may have a height of less than about 200 μm, preferably less than about 150 μm, or more preferably about 100 μm.

본 발명의 또 다른 측면은 여기서 개시된 팁 어레이를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 랜드(land)에 의해 이격된 기재 내의 리세스(recess) 어레이를 포함하는 마스터를 형성하는 단계; 프리폴리머(prepolymer) 및 선택에 따라 가교제를 포함하는 프리폴리머 혼합물로 상기 리세스를 충전하고 상기 랜드를 피복하는 단계; 상기 프리폴리머 혼합물을 경화하여 폴리머 구조물을 형성하는 단계; 및 상기 마스터로부터 상기 폴리머 구조물을 분리하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 기재 내에 웰(well)을 형성하고, 상기 기재를 이방성으로(anisotropically) 습식 식각하여 상기 리세스를 피라미드형 리세스로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 충전되고 코팅된 상기 기재를 경화 전에 평면 유리층으로 덮는 단계를 더 포함할 수 있다.Another aspect of the invention provides a method of making a tip array as disclosed herein. The method includes forming a master comprising an array of recesses in the substrate spaced by lands; Filling said recess with a prepolymer mixture comprising a prepolymer and optionally a crosslinking agent and covering said lands; Curing the prepolymer mixture to form a polymer structure; And separating the polymer structure from the master. The method may further comprise forming a well in the substrate and wet etching the substrate anisotropically to form the recess into a pyramidal recess. The method may further comprise covering the filled and coated substrate with a planar glass layer prior to curing.

도 1의 A는 폴리머 펜 리소그라피 구성의 개략도이고, B는 1100만개의 펜 어레이의 사진이고, C는 폴리머 펜 어레이의 SEM 이미지이다. 평균 팁 곡률반경은 70 ± 10nm (삽도)이다.
도 2의 A는 (28,000개의 피라미드형 팁을 가진 펜 어레이를 사용한) 실리콘(silicon) 기재 상의 1백만개의 금 도트 어레이(개개 블록 내에 6x6)의 480㎛ x 360㎛ 섹션의 광학 이미지이다. B는 상대 z-압전 연장(relative z-piezo extension)의 함수로서의 MHA 도트 크기이다. 결과는 상대 습도 40%로 25℃에서 15,000개의 피라미드형 팁을 가진 폴리머 펜 어레이를 사용하여 수득하였다. C는 (28,000개의 피라미드형 팁을 가진 펜 어레이를 사용하여) 상이한 z 압전 연장으로 생성된 금 정방형 어레이의 광학 이미지이다. D는 폴리머 펜 리소그라피에 의해 제작된 다중 차원 금 회로의 광학 현미경 이미지이다. 삽도는 회로 중앙의 확대된 이미지를 나타낸다.
도 3의 A는 대략 15,000개의 2008년 베이징 올림픽 로고의 축소 모형 복제물의 대표적 영역의 SEM이미지이다. B는 대표적 복제품의 확대된 광학 이미지이다. 삽도는 글자 "e"의 확대된 SEM 이미지를 나타낸다.
도 4에서, A는 유리 지지체를 가진 폴리머 펜 어레이의 SEM 이미지이고, B는 유리 지지체를 가지지 않은 폴리머 펜 어레이의 SEM 이미지이다. 유리 지지체를 가진 폴리머 펜 어레이는 전체 면적에 걸쳐 균일한 반면, 유리 지지체가 없는 것은 물결 모양을 나타낸다.
도 5의 A는 도 1B에 나타낸 1100만개의 펜 어레이를 사용하여 폴리머 펜 리소그라피에 의해 제작된 4인치 Si 웨이퍼 상의 식각된 금 패턴의 사진이다. 펜 어레이에 의해 패턴화된 영역은 흰색 점선으로 강조되어 있다. 펜 어레이의 중앙에서, 99% 이상의 펜들이 폴리머 펜 리소그라피 공정 중에 MHA 잉크를 기재로 균일하게 전달하여 윤곽이 뚜렷한 구조물을 형성한다. 어레이의 주변부 영역 내의 펜과 Si 기재 간의 불량한 접촉으로 인해 어레이의 주변부에서 감소된 활성이 나타난다. 이는 현재의 기구적 샘플 홀더 한계로부터 발생한 것이다. B는 폴리머 펜 리소그라피에 의해 제조된 A에서의 금 패턴의 광학 현미경 이미지이다. 삽도는 확대된 이미지이다. 상기 이미지는 본 실험에서 의도한 모든 구조물이 형성되었음을 보여준다.
도 6은 MHA 도트 크기를 팁-기재 접촉 시간의 함수로서 나타낸 것이다. 도트 크기는 일정한 접촉(압력) (초기 접촉)에서 팁-기재 접촉 시간이 증가함에 따라 증가한다. 상기 결과는 50%(원) 및 90%(사각형)의 상대 습도와 23℃의 온도에서 15,000개의 피라미드형 팁을 구비한 폴리머 펜 어레이를 사용하여 수득한 것이다.
도 7은 폴리머 펜 리소그라피에 의해 제작된 항 마우스 IgG 어레이의 형광 현미경 이미지이다.
도 8은 기재 표면에 대하여 팁 어레이를 평활화하기 위해 사용된, 광원과 관련한 팁 어레이, 압전 스캐너 및 기재 표면의 배열의 개략도이다.
A is a schematic diagram of a polymer pen lithography configuration in Figure 1, B is a photograph of the 11 million pen array, C is the SEM image of the polymer pen array. The average tip radius of curvature is 70 ± 10 nm (inset).
Figure 2 A is an optical image of the x 360㎛ section 480㎛ of (6x6 in each block), gold dot array on the 1 million (28,000 pyramid-shaped tip with the pen array having a) a silicon (silicon) substrate. B is the MHA dot size as a function of relative z-piezo extension. The results were obtained using a polymer pen array with 15,000 pyramidal tips at 25 ° C. with 40% relative humidity. C is an optical image of a gold square array created with different z piezoelectric extensions (using a pen array with 28,000 pyramidal tips). D is an optical microscope image of a multi-dimensional gold circuit produced by polymer pen lithography. The inset shows an enlarged image of the center of the circuit.
Of Fig. 3 A is an SEM image of a typical area of the miniature replica of the Beijing Olympic logo about 15,000 in 2008. B is an enlarged optical image of a representative replica. Inset shows an enlarged SEM image of the letter "e".
In FIG. 4, A is an SEM image of a polymer pen array with a glass support, and B is an SEM image of a polymer pen array without a glass support. Polymer pen arrays with a glass support are homogeneous over the entire area, while those without a glass support appear wavy.
Figure 5 A is a photograph of the etched pattern on the gold four inches Si wafer manufactured by the Polymer Pen Lithography using the 11 million pen array shown in Figure 1 B. The areas patterned by the pen array are highlighted by white dotted lines. At the center of the pen array, more than 99% of the pens uniformly deliver the MHA ink to the substrate during the polymer pen lithography process to form a contoured structure. Reduced activity appears at the periphery of the array due to poor contact between the pen and the Si substrate in the periphery region of the array. This is from current mechanical sample holder limits. B is an optical microscope image of the gold pattern in A prepared by polymer pen lithography. Inset is an enlarged image. The image shows that all the structures intended for this experiment were formed.
6 shows MHA dot size as a function of tip-based contact time. Dot size increases with increasing tip-based contact time at constant contact (pressure) (initial contact). The results were obtained using a polymer pen array with 15,000 pyramidal tips at a relative humidity of 50% (circle) and 90% (square) and a temperature of 23 ° C.
7 is a fluorescence microscope image of anti mouse IgG array prepared by polymer pen lithography.
8 is a schematic diagram of an array of tip arrays, piezoelectric scanners, and substrate surfaces with respect to a light source, used to smooth the tip array with respect to the substrate surface.

상세한 설명details

폴리머 펜 리소그라피는 양각 인쇄(positive printing) 양식으로 분자 집합물을 전달하는 직접 작성(direct-write) 방법이다. 통상 경질 실리콘계(hard silicon-based) 외팔보를 사용하는 DPN 및 그 외 SPM 기반의 리소그라피와는 대조적으로, 폴리머 펜 리소그라피는 잉크 전달 도구로서 외팔보 없는 엘라스토머 팁(25, 26)을 사용한다. 팁은 바람직하게는 폴리디메틸실록산, PDMS로 이루어진다. 바람직한 폴리머 펜 어레이(도 1)는, 바람직하게는 피라미드 형태를 가진 수천개의 팁을 포함하며, 이는 전통적인 포토리소그라피 및 후속하는 습식 화학 식각에 의해 제조된 마스터를 사용하여 제조될 수 있다(도 1A). 팁은, 바람직하게는 예를 들어 폴리머의 경화 전에 혹은 폴리머의 경화 과정을 경유하여 강성 지지체(rigid support) (예를 들어, 유리, 실리콘, 석영, 세라믹, 폴리머 또는 이들의 임의의 조합)에 고착되는, 얇은 폴리머 이면층(backing layer) (두께 50-100㎛)을 포함하는 공통 기재에 의해 연결되는 것이 바람직하다. 강성 지지체는 바람직하게는 매우 뻣뻣하고, 고도로 평탄한, 어레이가 탑재되는 (예를 들어, 실리카 유리, 석영 등의) 표면을 가진다. 강성 지지체 및 얇은 이면층은, 3인치 웨이퍼 표면과 같은 넓은 면적에 걸쳐, 폴리머 펜 어레이의 균일도를 현저히 향상시키며(도 1B, 4), 어레이의 평활하고 균일하며, 제어된 사용을 가능하게 한다. 폴리머 펜의 날카로운 팁이 기재와 접촉할 때 잉크가 접촉 지점에 전달된다. (도 1A)Polymer pen lithography is a direct-write method of delivering molecular aggregates in a positive printing form. In contrast to DPN and other SPM based lithography, which typically uses hard silicon-based cantilever, polymer pen lithography uses elastomeric tips 25, 26 without cantilever as ink delivery tools. The tip preferably consists of polydimethylsiloxane, PDMS. The preferred polymer pen array (FIG. 1) comprises thousands of tips, preferably in the form of pyramids, which can be prepared using a master made by traditional photolithography and subsequent wet chemical etching (FIG. 1A). . The tip is preferably adhered to a rigid support (e.g. glass, silicon, quartz, ceramic, polymer or any combination thereof), for example prior to or through the curing process of the polymer. It is preferably connected by a common substrate comprising a thin polymer backing layer (thickness 50-100 μm). The rigid support preferably has a very stiff, highly planar, surface on which the array is mounted (eg, silica glass, quartz, etc.). The rigid support and thin backing layer significantly improve the uniformity of the polymer pen array over a large area, such as a 3 inch wafer surface (FIGS. 1B, 4) and allow for smooth, uniform and controlled use of the array. The ink is delivered to the contact point when the sharp tip of the polymer pen contacts the substrate. (FIG. 1A)

팁의 내부 표면으로부터 반사된 광의 양은 팁이 기재에 접촉할 때에 현저하게 증가한다. 따라서, 반투명 또는 투명의 엘라스토머 폴리머 펜 어레이는 모든 팁이 하부 기재와 접촉하는 시점을 시각적으로 확인할 수 있도록 하여, 그렇지 않으면 매우 어려운 과제인 어레이의 평활화를 실험적으로 간단한 방식으로 처리할 수 있게 한다. 따라서, 바람직하게는, 어레이 팁, 이면층 및 강성 지지체 중 하나 이상은 적어도 반투명이고, 바람직하게는 투명하다.The amount of light reflected from the inner surface of the tip increases significantly when the tip contacts the substrate. Thus, translucent or transparent elastomeric polymer pen arrays enable visual confirmation of the point at which all the tips are in contact with the underlying substrate, making it possible to handle the smoothing of the array, which is otherwise a very difficult task, in an experimentally simple manner. Thus, preferably, at least one of the array tip, backing layer and rigid support is at least translucent and preferably transparent.

폴리머 펜 리소그라피 실험은, 90㎛ 폐회로 스캐너 및 상업용 리소그라피 소프트웨어 (DPNWriteTM, DPN System-2, NanoInk Inc., 일리노이주)를 장착한 NscriptorTM 시스템 (NanoInk Inc. 일리노이주)을 가지고 수행하였다. 의도하는 용도에 따라서, 펜 어레이의 피치(pitch)는 각각 펜 밀도 250,000/㎠ 및 100/㎠에 상응하는 20㎛ 및 1mm 사이에서 의도적으로 정한다. 더 큰 피치 어레이는 (미크론 또는 밀리미터 규모의) 큰 형상을 만들기 위해 필요하지만, 나노 규모의 형상을 만들기 위해서도 사용될 수 있다. 모든 펜은 크기와 형태 면에서 매우 균일하며 평균 팁 반경은 70±10nm 이다(도 1C). 이론 상, 이러한 값은 보다 높은 품질의 마스터와 더 강경한 엘라스토머를 사용하여 상당히 감소시킬 수 있다. 하기 실시예의 경우, 사용된 팁 어레이는 15,000개 또는 28,000개의 피라미드형 펜을 포함하고 있으나, 많게는 약 11,000,000개의 펜을 가진 어레이도 구조물의 패턴화를 위해 사용된 바 있다 (도 5).Polymer pen lithography experiments were performed with a Nscriptor system (NanoInk Inc., Ill.) Equipped with a 90 μm closed loop scanner and commercial lithography software (DPNWrite , DPN System-2, NanoInk Inc., Illinois). Depending on the intended use, the pitch of the pen array is intentionally determined between 20 μm and 1 mm, corresponding to pen densities 250,000 / cm 2 and 100 / cm 2, respectively. Larger pitch arrays are needed to make large shapes (micron or millimeter scale), but can also be used to make nanoscale shapes. All pens are very uniform in size and shape with an average tip radius of 70 ± 10 nm (FIG. 1C). In theory, this value can be significantly reduced by using higher quality masters and harder elastomers. For the examples below, the tip arrays used included 15,000 or 28,000 pyramid pens, but arrays with as many as about 11,000,000 pens have also been used for patterning structures (FIG. 5).

일반적인 실험에서는, (크기가 1㎠인) 펜 어레이를 에탄올 내의 16-머켑토헥사데칸산 (MHA) 포화 용액에 5분간 침지하고 에탄올로 헹구어서 잉크를 바른다. 잉크를 바른 펜 어레이는, 이를 금 표면과 0.1초 동안 접촉시킴으로써, 열적으로 증발된 다결정성 금 기재 (Si 상에 코팅된 5nm Ti 접착층을 가진 25nm Au) 상에 1㎛ 직경의 MHA 도트 패턴을 생성하기 위해 사용되었다. 금 기재와 접촉하는 상기 공정을 35회 반복하여 (형상 직경에 있어 10% 미만의 편차의) 6x6 어레이의 MHA 도트를 생성하였다. 이러한 MHA 패턴화 기재 상에 노출된 금은 후속적으로 (물 속의 20mM 티오우레아, 30mM 질산철, 20mM의 염산 및 2mM의 옥탄올) 식각하여 대략 높이 25nm이고 광학 현미경에 의해 쉽게 이미지화되는 융기된 구조물을 수득하였다. (도 2A)In a general experiment, a pen array (size 1 cm 2) is immersed in a saturated solution of 16-merctohexadecanoic acid (MHA) in ethanol for 5 minutes and rinsed with ethanol to apply ink. The inked pen array was brought into contact with the gold surface for 0.1 seconds, producing a 1 μm diameter MHA dot pattern on a thermally evaporated polycrystalline gold substrate (25 nm Au with a 5 nm Ti adhesive layer coated on Si). It was used to The process of contacting the gold substrate was repeated 35 times to produce a 6 × 6 array of MHA dots (of less than 10% variation in shape diameter). The gold exposed on this MHA patterned substrate was subsequently etched (20 mM thiourea, 30 mM iron nitrate, 20 mM hydrochloric acid and 2 mM octanol) to a raised structure that was approximately 25 nm in height and easily imaged by an optical microscope. Obtained. (FIG. 2A)

폴리머 펜 리소그라피의 결정적 특징은, 일반적으로 압력 또는 힘에 독립적인 것으로 생각되는 DPN 및 대부분의 접촉 인쇄 전략(21)과는 대조적으로, 이는 시간 및 압력 모두에 의존하는 잉크 수송을 나타낸다는 것이다. DPN에서와 같이, 폴리머 펜 리소그라피에 의해 제조된 형상은 팁-기재 접촉 시간의 제곱근에 선형적으로 의존하는 크기를 나타낸다 (도 6) (27, 28). 폴리머 펜 리소그라피의 이러한 특성은 잉크의 확산 특성 및 전달 팁의 작은 크기의 결과로서, 서브 미크론 형상을 높은 정밀도와 (동일한 실험 조건 하에 형상 크기의 변화가 10% 미만인) 재현성으로 패턴화하는 것을 가능케 한다. 폴리머 펜 리소그라피의 압력 의존성은 엘라스토머 피라미드형 어레이의 압축 본성으로부터 유래된 것이다. 실제로, 현미경으로 보아야 확인 가능한, 바람직하게는 피라미드 형태인 팁은 적용된 압력의 양이 연속적으로 증가함에 따라 변형될 수 있으며, 이는 단지 수직 방향으로 압전 (z-압전)을 연장함에 의해 제어할 수 있다. 이러한 변형은 ("지붕" 붕괴를 초래하고 형상 크기 해상도를 제한할 수 있어) 접촉 인쇄의 주요 단점으로 고려되어 왔으나, 폴리머 펜 리소그라피의 경우 제어된 변형이 조정 가능한 변수로 사용될 수 있고, 이는 팁-기재 접촉 면적과 결과적인 형상 크기를 제어하는 것을 가능하게 한다. 약 5 내지 약 25㎛의 z-압전 연장에 의해 허용되는 압력 범위 내에서, 1초의 고정 접촉 시간에 압전 연장과 형상 크기 사이에 거의 선형적인 관계를 관찰할 수 있다 (도 2B). 흥미롭게도, 초기 접촉 지점에서 그리고 상대 연장 (relative extension) 0.5㎛까지, MHA 도트 크기는 유의하게 변하지 않으며, 이들 모두에서 약 500nm인데, 이는 피라미드 형태의 팁들이 변형되기 전에 모든 피라미드를 연결하는 이면 엘라스토머 층이 변형됨을 나타낸다. 이러한 타입의 완충 작용은, 팁의 변형 없이 모든 팁을 표면과 접촉시키고 목적하는 형상 크기를 현저하게 변화시킴에 있어 추가의 허용 오차(tolerance)를 제공하는 것이기 때문에, 평활화를 위해서는 우연한 행운인 동시에 필수적인 것이다. z-압전이 1㎛ 이상 신장될 경우, 팁은 현저하고 제어 가능한 변형을 나타낸다. (도 2B)A decisive feature of polymer pen lithography is that, in contrast to DPN and most contact printing strategies 21 , which are generally considered to be pressure or force independent, it exhibits ink transport that depends on both time and pressure. As in the DPN, the shape produced by polymer pen lithography shows a size that depends linearly on the square root of the tip-based contact time (FIG. 6) (27, 28) . This property of polymer pen lithography makes it possible to pattern the submicron shape with high precision and reproducibility (less than 10% change in shape size under the same experimental conditions), as a result of the diffusion properties of the ink and the small size of the transfer tip. . The pressure dependence of polymer pen lithography is derived from the compressive nature of the elastomeric pyramidal array. In fact, the tip, which is visible only under the microscope, preferably in the form of a pyramid, can deform as the amount of applied pressure is continuously increased, which can only be controlled by extending the piezoelectric (z-piezoelectric) in the vertical direction. . This deformation has been considered a major drawback of contact printing (which can result in "roof" collapse and can limit shape size resolution), but for polymer pen lithography, controlled deformation can be used as an adjustable variable, which is a tip- It is possible to control the substrate contact area and the resulting shape size. Within the pressure range allowed by the z-piezoelectric extension of about 5 to about 25 μm, a nearly linear relationship can be observed between the piezoelectric extension and shape size at a fixed contact time of 1 second (FIG. 2B). Interestingly, at the initial contact point and up to a relative extension of 0.5 μm, the MHA dot size does not change significantly, about 500 nm in all of them, which is the backside elastomer that connects all the pyramids before the pyramidal tips are deformed. Indicates that the layer is deformed. This type of cushioning is an accidental luck and essential for smoothing, as it provides additional tolerance in contacting all the tips with the surface and significantly changing the desired shape size without deformation of the tip. will be. If the z-piezo is stretched by 1 μm or more, the tip shows significant and controllable deformation. (FIG. 2B)

폴리머 펜 리소그라피의 압력 의존성으로 인해, 큰 형상을 생성하기 위해 시간을 많이 요하는, 메니스커스-매개성(meniscus mediated)인 잉크 확산 공정에 의존해야 할 필요가 없게 된다. 실제로, 단순히 팁의 변형 정도를 조정함으로써 단지 하나의 인쇄 사이클(printing cycle) 내에서 나노미터 또는 마이크로미터 크기를 가진 형상을 생성할 수 있다. 개념 검증 과정(proof-of-concept)으로서, 일렬로 있는 각각의 정방형을 상이한 팁-기재 압력으로 1초의 일정한 팁-기재 접촉시간에 하나의 인쇄 사이클로 작성하여, 6x6의 금 정방형 어레이를 폴리머 펜 리소그라피 및 후속하는 습식 화학 식각에 의해 제작하였다 (도 2C). 최대 및 최소 금 정방형은 모서리에서 각각 4㎛ 및 600nm이다. 이러한 실험은 폴리머 펜 리소그라피 실험에서 수득 가능한 형상 크기 범위를 한정하는 것이 아니며, 그보다는 고정된 팁-기재 접촉시간 (이 경우, 1초)에서 폴리머 펜 리소그라피에 의해 이용 가능한 다수개의 크기에 대한 시범예임을 주지해야 한다.The pressure dependence of polymer pen lithography eliminates the need to rely on the time-consuming meniscus mediated ink diffusion process to produce large shapes. In fact, by simply adjusting the degree of deformation of the tip, it is possible to create a shape with nanometer or micrometer size in just one printing cycle. As a proof-of-concept, each square in a line is created in one print cycle at a constant tip-based contact time of 1 second at different tip-based pressures to produce a 6x6 gold square array of polymer pen lithography. And by subsequent wet chemical etching (FIG. 2C). The maximum and minimum gold squares are 4 μm and 600 nm at the corners, respectively. This experiment does not limit the range of shape sizes obtainable in polymer pen lithography experiments, but rather is a demonstration of the multiple sizes available by polymer pen lithography at a fixed tip-based contact time (in this case, 1 second). It should be noted that

폴리머 펜 리소그라피는, 종래 기술의 접촉 인쇄와는 달리, 형상 크기, 간격, 및 형태에 대한 동적 제어와 함께 분자-기반 및 고체 상태 형상의 조합적 패턴화를 가능하게 한다. 이는 제조하고자 하는 구조물의 도트 패턴을 형성하도록 폴리머펜을 사용함에 의해 달성된다. 개념 검증 과정으로서, 1mm 떨어져 이격된, 100개의 피라미드형 팁을 가진 폴리머 펜 어레이를 사용하여 100개의 집적 금 회로 복제물을 생성하였다. 회로 중앙의 각 전극의 폭은 500nm인 반면, 이러한 나노미터 규모의 전극으로 향하는 각각의 전극선(electrode lead)의 폭은 10㎛이고, 외부 본딩 패드의 크기는 100x100㎛2 였다 (도 2D). NscriptorTM는 단지 90x90㎛2 스캐너를 제공하기 때문에, 회로를 35개의 80x80㎛2의 하부 패턴으로 나누고, 각각의 하부 패턴이 생성된 후에 스테이지 모터(stage motor)를 수동적으로 이동시켜 이들을 함께 스티치(stitch)하였다. 이러한 한계는 다수개의 하부 패턴의 위치에 대하여 스테이지 모터의 움직임을 프로그램화함으로써 해결될 수 있다. 해상도 및 처리량에 대한 염려를 모두 수용하기 위해, 회로의 다른 위치에서 상이한 상대 z 압전 연장을 사용하였고, 이 때 중앙 전극, 전극선 및 본딩 패드에 대하여 각각 0 (최초 접촉), 2 및 6㎛가 사용되었다. 그 결과, 100x100㎛2 면적을 작성하는 데에 단지 400회의 인쇄 작업 (각 작업 당 0.5초 미만)이 필요하여, 100개의 회로 복제품을 생성하기 위해 필요한 총 시간은 대략 2시간이 소요되었다. PDMS 폴리머는 실험 내내 잉크를 위한 저장조로서의 역할을 하기 때문에 펜 어레이에 잉크를 다시 묻히는 작업은 필요하지 않다 (27, 28). 복수개의 크기를 가진 패턴에 대한 이처럼 비교적 높은 처리량 생산은, EBL 또는 DPN에 의해서는, 불가능하지 않다면, 어려운 것이다. Polymer pen lithography, unlike prior art contact printing, allows for the combinatorial patterning of molecular-based and solid state shapes with dynamic control over shape size, spacing, and shape. This is accomplished by using a polymer pen to form the dot pattern of the structure to be manufactured. As a proof-of-concept process, 100 integrated gold circuit replicas were created using a polymer pen array with 100 pyramidal tips spaced 1 mm apart. The width of each electrode in the center of the circuit was 500 nm, whereas the width of each electrode lead directed to this nanometer scale electrode was 10 μm and the size of the external bonding pad was 100 × 100 μm 2 (FIG. 2D). Nscriptor TM only because it provides 90x90㎛ scanner 2, the circuit 35 divides the lower pattern of 80x80㎛ 2, after each of the lower pattern generated by moving manually the motor stage (stage motor) stitching them together (stitch ). This limitation can be solved by programming the movement of the stage motor with respect to the position of the plurality of lower patterns. To accommodate both resolution and throughput concerns, different relative z piezoelectric extensions were used at different locations in the circuit, with 0 (initial contact), 2, and 6 μm, respectively, for the center electrode, electrode wire, and bonding pad. It became. As a result, only 400 print jobs (less than 0.5 seconds for each job) were required to create an area of 100 × 100 μm 2 , so the total time required to generate 100 circuit replicas took approximately 2 hours. The PDMS polymer acts as a reservoir for the ink throughout the experiment, so re-inking the pen array is not necessary ( 27, 28 ). This relatively high throughput production for patterns with multiple sizes is difficult if not impossible with EBL or DPN.

폴리머 펜 리소그라피의 마스크 없는 본성으로 인해, 처리량 지연(throughput-impeded) 연속 공정을 경유하여 새로운 마스터를 설계해야 하는 어려움 없이 다양한 타입의 구조물을 임의로 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 폴리머 펜 리소그라피는 폐회로 스캐너의 레지스트레이션 능력과 함께 100nm 미만의 해상도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 잉크로서 MHA 및 후속하는 후속 습식 화학 식각과 함께, 폴리머 펜 리소그라피를 이용하여 15,000개의 2008 베이징 올림픽 로고 복제물을 금 위에 생성하였다 (도 3A). 각각의 로고는 70x60㎛2 비트맵으로부터 폴리머 펜 리소그라피의 다수개의 크기를 다루는(multiscale) 능력을 사용하여 생성되었다. "Beijing 2008" 이라는 글자와 숫자는 ~20,000개의 90nm 도트 (최초 접촉)으로부터 생성된 반면, 그림과 오륜(olympic ring) 부분은 보다 높은 어레이-기재 접촉 압력 (상대 압전연장 = 1㎛)에서 ~4000개의 600nm 도트로부터 만들어졌다. 이러한 구조물은 펜 어레이를 각각의 지점에서 0.05초 동안 유지하고 각 지점 사이를 60㎛/초의 속도로 이동함에 의해 생성되었다. 1㎠ 기재에 걸쳐 생성된 대략 15,000개의 복제품의 대표적 부분이 이들의 균일성을 보여준다 (도 3B). 이 모든 구조물을 제작하기 위해 필요한 총 시간은 40 분 미만이었다.Due to the maskless nature of polymer pen lithography, it is possible to arbitrarily manufacture various types of structures without the difficulty of designing a new master via a throughput-impeded continuous process. In addition, polymer pen lithography can be used at resolutions below 100 nm with the registration capability of closed loop scanners. For example, 15,000 2008 Beijing Olympics logo replicas were generated on gold using polymer pen lithography, with MHA and subsequent subsequent wet chemical etching as ink (FIG. 3A). Each logo was generated using the multiscale capability of polymer pen lithography from a 70 × 60 μm 2 bitmap. The letters and numbers "Beijing 2008" are generated from ~ 20,000 90nm dots (initial contact), while the figure and olympic ring parts are ~ 4000 at higher array-based contact pressures (relative piezoelectric extension = 1 μm). Made from 600 nm dots. This structure was created by holding the pen array for 0.05 seconds at each point and moving at a rate of 60 μm / sec between each point. Representative portions of approximately 15,000 replicates produced across the 1 cm 2 substrate show their uniformity (FIG. 3B). The total time needed to build all these structures was less than 40 minutes.

"폴리머 펜 리소그라피"로 불리우는, 새로운 리소그라피 방법은 NscriptorTM 장비와 같은 새김 장치(inscripting device)위에 탑재된 엘라스토머 펜 어레이를 사용하여 건설적인 방식으로 나노 규모 및 마이크로 규모의 형상을 생성하도록 개발되었다. 이 기술은 DPN과 접촉 인쇄의 많은 특질을 결합하여 높은 처리량 및 저비용으로 다수개 길이 규모를 포함하는 패턴화 능력을 제공한다. 폴리머 펜 피라미드형 어레이의 신규한 시간 및 압력 의존성 잉크 수송 특성은 오늘날까지 개발되어 온 다수의 나노 및 마이크로 제작 접근 방식으로부터 폴리머 펜 리소그라피를 차별화하는 중요하고 조율 가능한 변수를 제공한다. 폴리머 펜 리소그라피는 직접 작성 기술이기 때문에, 단백질과 같은 연질 물질로 만들어진 구조물 어레이의 제조를 위해서도 유용하며(도 7), 따라서 생명과학 분야에서도 유용하다.A new lithography method, called “polymer pen lithography”, has been developed to produce nanoscale and microscale shapes in a constructive manner using elastomeric pen arrays mounted on an inscripting device such as Nscriptor equipment. This technology combines many features of DPN and contact printing to provide patterning capabilities that include multiple length scales with high throughput and low cost. The novel time and pressure dependent ink transport properties of polymer pen pyramid arrays provide important and tunable variables that differentiate polymer pen lithography from many of the nano and micro fabrication approaches that have been developed to date. Because polymer pen lithography is a direct fabrication technique, it is also useful for the fabrication of structure arrays made of soft materials such as proteins (FIG. 7), and thus also useful in the life sciences.

팁 어레이Tip array

여기 개시된 리소그라피 방법은 엘라스토머 폴리머 재료로부터 형성된 팁 어레이를 채용한다. 팁 어레이는 비외팔보(non-cantilevered) 형식으로, 필요에 따라 다양한 형태 또는 이들 사이의 간격을 가지도록 설계될 수 있다. 각각의 팁의 형태는 어레이의 다른 팁과 동일하거나 상이할 수 있다. 고려된 팁 형태는 회전 타원체(spheroid), 반구 회전 타원체(hemispheroid), 환상면체(toroid), 다면체(polyhedron), 원추형, 원통형 및 피라미드 (삼각형 또는 정사각형)를 포함한다. 팁은 날카로워서 이들은 예를 들어 약 500nm 미만의 서브미크론 패턴을 형성하기에 적절하다. 팁의 날카로움은 그의 곡률반경에 의해 측정되며, 여기 개시된 팁의 곡률반경은 1㎛ 미만이고, 약 0.9㎛ 미만, 약 0.8㎛ 미만, 약 0.7㎛ 미만, 약 0.6㎛ 미만, 약 0.5㎛ 미만, 약 0.4㎛ 미만, 약 0.3㎛ 미만, 약 0.2㎛ 미만, 약 0.1㎛ 미만, 약 90nm 미만, 약 80nm 미만, 약 70nm 미만, 약 60nm 미만, 또는 약 50nm 미만일 수 있다. The lithographic method disclosed herein employs a tip array formed from an elastomeric polymer material. Tip arrays are non-cantilevered and can be designed to have various shapes or gaps between them as needed. The shape of each tip may be the same or different than the other tips of the array. Tip forms contemplated include spheroids, hemispheres, hemispheroids, toroids, polyhedrons, cones, cylinders and pyramids (triangles or squares). The tips are sharp so that they are suitable for forming submicron patterns of less than about 500 nm, for example. The sharpness of the tip is measured by its radius of curvature, the radius of curvature of the tips disclosed herein is less than 1 μm, less than about 0.9 μm, less than about 0.8 μm, less than about 0.7 μm, less than about 0.6 μm, less than about 0.5 μm, about Less than about 0.4 μm, less than about 0.3 μm, less than about 0.2 μm, less than about 0.1 μm, less than about 90 nm, less than about 80 nm, less than about 70 nm, less than about 60 nm, or less than about 50 nm.

팁 어레이는 포토리소그라피 방법을 사용하여 만들어진 몰드로부터 형성될 수 있으며, 상기 몰드는 여기 개시된 폴리머를 이용하여 팁 어레이를 제작하기 위해 사용된다. 몰드는 임의의 소망하는 방식으로 배열된 많은 수의 팁을 포함하도록 제작될 수 있다. 팁 어레이의 팁은 소망하는 임의의 개수일 수 있으며, 고려되는 팁의 개수는 약 1000개의 팁으로부터 약 1500만개까지의 팁 또는 그 이상일 수 있다. 팁 어레이의 팁의 개수는, 약 1백만개 이상, 약 2백만개 이상, 약 3백만개 이상, 약 4백만개 이상, 약 5백만개 이상, 약 6백만개 이상, 약 7백만개 이상, 약 8백만개 이상, 약 9백만개 이상, 약 1000만개 이상, 약 1100만개 이상, 약 1200만개 이상, 약 1300만개 이상, 약 1400만개 이상, 또는 1500만개 이상일 수 있다.The tip array can be formed from a mold made using the photolithography method, which mold is used to fabricate the tip array using the polymers disclosed herein. The mold may be made to include a large number of tips arranged in any desired manner. The tips of the tip array can be any number desired, and the number of tips contemplated can be from about 1000 tips to up to about 15 million tips or more. The number of tips in the tip array is at least about 1 million, at least about 2 million, at least about 3 million, at least about 4 million, at least about 5 million, at least about 6 million, at least about 7 million, at least about 8 million, about 9 At least one million, at least about 10 million, at least about 11 million, at least about 12 million, at least about 13 million, at least about 14 million, or at least 15 million.

팁 어레이의 팁은 임의의 소망하는 두께를 가지도록 설계될 수 있으나, 통상 팁 어레이의 두께는 약 50nm 내지 약 1㎛, 약 50nm 내지 약 500nm, 약 50nm 내지 약 400nm, 약 50nm 내지 약 300nm, 약 50nm 내지 약 200nm, 또는 약 50nm 내지 약 100nm이다.The tips of the tip array may be designed to have any desired thickness, but typically the thickness of the tip array is about 50 nm to about 1 μm, about 50 nm to about 500 nm, about 50 nm to about 400 nm, about 50 nm to about 300 nm, about 50 nm to about 200 nm, or about 50 nm to about 100 nm.

폴리머는 리소그라피 방법과 호환 가능한 압축성을 가지는 임의의 폴리머일 수 있다. 팁 어레이에서의 사용을 위해 적절한 폴리머 재료는 선형 또는 측쇄형 골격을 가질 수 있으며, 특정 폴리머 및 팁에 대하여 요구되는 압축성 정도에 따라 가교되거나 혹은 가교되지 않을 수 있다. 가교제는 폴리머 분자들 사이에 2개 이상의 공유 결합을 형성할 수 있는 다관능성 단량체를 지칭한다. 가교제의 비제한적인 예는 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트(TMPTMA), 디비닐벤젠, 디에폭시, 트리에폭시, 테트라에폭시, 디비닐에테르, 트리비닐에테르, 테트라비닐에테르 및 이들의 조합과 같은 것을 포함한다. The polymer may be any polymer having compressibility compatible with the lithography method. Suitable polymeric materials for use in the tip array may have a linear or branched backbone and may or may not be crosslinked, depending on the degree of compressibility required for the particular polymer and tip. Crosslinkers refer to multifunctional monomers capable of forming two or more covalent bonds between polymer molecules. Non-limiting examples of crosslinking agents include such as trimethylolpropanetrimethacrylate (TMPTMA), divinylbenzene, diepoxy, triepoxy, tetraepoxy, divinylether, trivinylether, tetravinylether and combinations thereof do.

열가소성 또는 열경화성 폴리머가 사용될 수 있으며, 가교된 엘라스토머일 수 있다. 일반적으로 폴리머는 다공성 및/또는 비정질일 수 있다. 실리콘 폴리머 및 에폭시 폴리머의 일반적인 부류의 폴리머를 포함하여, 다양한 엘라스토머 폴리머 재료가 고려된다. 예를 들어, 25℃ 미만, 또는 더 바람직하게는 -50℃ 미만과 같이 낮은 유리 전이 온도를 가지는 폴리머가 사용될 수 있다. 방향족 아민, 트리아진 및 환상 지방족 골격에 기초한 화합물에 추가하여 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르가 사용될 수 있다. 또 다른 예는 노볼락(Novolac) 폴리머를 포함한다. 그 외 고려되는 엘라스토머 폴리머는 메틸클로로실란, 에틸클로로실란 및 페닐클로로실란, 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함한다. 그 외 재료는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 폴리이소프렌, 폴리아크릴 고무, 플루오로실리콘(fluorosilicone) 고무, 및 플루오로엘라스토머를 포함한다.  Thermoplastic or thermoset polymers can be used and can be crosslinked elastomers. In general, the polymer may be porous and / or amorphous. Various elastomeric polymer materials are contemplated, including polymers of the general class of silicone polymers and epoxy polymers. For example, polymers having a low glass transition temperature, such as below 25 ° C., or more preferably below −50 ° C., may be used. In addition to compounds based on aromatic amines, triazines and cyclic aliphatic backbones, diglycidyl ethers of bisphenol A can be used. Another example includes Novolac polymers. Other contemplated elastomeric polymers include methylchlorosilanes, ethylchlorosilanes and phenylchlorosilanes, polydimethylsiloxanes (PDMS). Other materials include polyethylene, polystyrene, polybutadiene, polyurethane, polyisoprene, polyacrylic rubber, fluorosilicone rubber, and fluoroelastomers.

팁을 형성하기 위해 사용될 수 있는 적절한 폴리머의 추가의 예는 미국특허 제5,776,748호; 미국특허 제6,596,346호; 및 미국특허 제6,500,549호에서 확인할 수 있으며, 이들 특허는 원용에 의해 전체로서 본 명세서에 포함된다. 그 외 적절한 폴리머는 He 등의 Langmuir 2003, 19, 6982-6986; Donzel 등의 Adv . Mater . 2001, 13, 1164-1167; 및 Martin 등의 Langmuir, 1998, 14-15, 3791-3795에 개시된 것들을 포함한다. 폴리디메틸실록산과 같은 소수성 폴리머는 예를 들어 강력한 산화제 용액에 대한 노출 또는 산소 플라즈마에 대한 노출에 의해 화학적으로 혹은 물리적으로 개질될 수 있다. Further examples of suitable polymers that can be used to form the tip are described in US Pat. No. 5,776,748; US Patent No. 6,596,346; And US Pat. No. 6,500,549, which are incorporated herein by reference in their entirety. Other suitable polymers are He, Langmuir 2003, 19, 6982-6986 ; Donzel et al., Adv . Mater . 2001, 13, 1164-1167; And those disclosed in Langmuir , 1998, 14-15, 3791-3795 by Martin et al. Hydrophobic polymers such as polydimethylsiloxane can be modified chemically or physically, for example by exposure to a strong oxidant solution or exposure to an oxygen plasma.

팁 어레이의 폴리머는 잉크를 바르거나 인쇄하는 동안 폴리머의 붕괴를 방지하도록 적절한 압축 모듈러스 및 표면 경도를 가져야 하지만, 너무 높은 모듈러스 및 너무 큰 표면 경도를 가지면 재료가 부서지기 쉽기 때문에 인쇄 중에 기재 표면에 적응 및 순응할 수 없게 된다. Schmid 등의 Macromolecules , 33:3042 (2000)에 개시된 바와 같이, 비닐 및 히드로실란 프리폴리머는 상이한 모듈러스 및 표면 경도의 폴리머를 제공하도록 맞춤 제작될 수 있다. 따라서, 일부의 경우, 폴리머는 비닐 및 히드로실란 프리폴리머의 혼합물이며, 이 때 히드로실란 가교제에 대한 비닐 프리폴리머의 중량비는 약 5:1 내지 약 20:1, 약 7:1 내지 약 15:1, 또는 약 8:1 내지 약 12:1이다.The polymers in the tip array must have an appropriate compression modulus and surface hardness to prevent the polymer from collapsing during ink application or printing, but having too high modulus and too large surface hardness will adapt to the substrate surface during printing because the material is brittle. And cannot be adapted. As disclosed in Macromolecules , 33: 3042 (2000) by Schmid et al., Vinyl and hydrosilane prepolymers can be tailored to provide polymers of different modulus and surface hardness. Thus, in some cases, the polymer is a mixture of vinyl and hydrosilane prepolymers, wherein the weight ratio of vinyl prepolymer to hydrosilane crosslinker is from about 5: 1 to about 20: 1, about 7: 1 to about 15: 1, or From about 8: 1 to about 12: 1.

팁 어레이의 폴리머는, (Schmid 등의 Macromolecules , 33:3042 (2000) 제 3044면에 기재된 바와 같이) 유리 표면의 저항과 비교하여, 직경 1mm인 강체구(hard sphere)에 의한 침투에 대한 표면의 저항으로 측정하였을 때, 유리의 약 0.2% 내지 약 3.5%의 표면 경도를 가지는 것이 바람직하다. 표면 경도는 약 0.3% 내지 약 3.3%, 약 0.4% 내지 약 3.2%, 약 0.5% 내지 약 3.0%, 또는 약 0.7% 내지 약 2.7일 수 있다. 팁 어레이의 폴리머는 약 10 MPa 내지 약 300 MPa의 압축 모듈러스를 가질 수 있다. 바람직하게는 팁 어레이는 약 10 MPa 내지 약 300 MPa의 압력 하에서 후크 탄성인 압축성 폴리머를 포함할 수 있다. 팁 어레이에 적용된 압력과 형상 크기 사이의 선형 관계는 개시된 방법과 팁 어레이를 사용하여 인쇄되는 인디시아의 제어를 가능케 한다 (도 2B 참조). Is a polymer of the tip array,: by (Schmid, such as Macromolecules, 33 3042 (2000) as described in the 3044 side) compared to the resistance of the glass surface, a surface for penetration by a steel body composition diameter 1mm (hard sphere) It is desirable to have a surface hardness of about 0.2% to about 3.5% of the glass as measured by resistance. The surface hardness may be about 0.3% to about 3.3%, about 0.4% to about 3.2%, about 0.5% to about 3.0%, or about 0.7% to about 2.7. The polymer of the tip array may have a compression modulus of about 10 MPa to about 300 MPa. Preferably the tip array may comprise a compressive polymer that is hook elastic under pressure of about 10 MPa to about 300 MPa. The linear relationship between the shape size and the pressure applied to the tip array allows for control of the indicia printed using the disclosed method and the tip array (see FIG. 2B).

팁 어레이는 패턴화 조성물에 대하여 흡착 및/또는 흡수 특성을 가지는 폴리머를 포함할 수 있어, 팁 어레이가 그 자신의 패턴화 조성물 저장조로서의 역할을 한다. 예를 들어, PDMS는 패턴화 잉크를 흡수하는 것으로 알려져 있다. (참조: 미국특허공개 제2004/228962호, Zhang 등의 Nano Lett . 4, 1649 (2004), 및 Wang 등의 Langmuir 19, 8951 (2003)).The tip array may comprise a polymer having adsorption and / or absorption properties relative to the patterned composition, such that the tip array serves as its own patterned composition reservoir. PDMS, for example, is known to absorb patterned inks. (Reference: US Patent Publication No. 2004/228962, Zhang et al. Nano Lett . 4 , 1649 (2004), and Wang et al. Langmuir 19 , 8951 (2003).

팁 어레이는 공통 기재에 고정되고 여기 개시된 폴리머로부터 형성된 복수개의 팁을 포함할 수 있다. 팁은 무작위로 혹은 규칙적인 주기 패턴으로 (예를 들어, 행렬 방식, 원형 패턴 등으로) 배열될 수 있다. 팁은 모두가 동일한 형태를 가질 수 있거나 혹은 상이한 형태로 구성될 수 있다. 공통 기재는 엘라스토머 층을 포함할 수 있으며, 이는 팁 어레이의 팁을 형성하는 동일한 폴리머를 포함할 수 있거나 혹은 팁 어레이와는 다른 엘라스토머 폴리머를 포함할 수 있다. 엘라스토머 층은 약 50㎛ 내지 약 100㎛의 두께를 가질 수 있다. 팁 어레이는 강성 지지체 (예를 들어, 유리 슬라이드와 같은 유리)에 부착 또는 고착될 수 있다. 다양한 경우에서, 공통 기재, 팁 어레이 및/또는 강성 지지체는, 존재한다면, 반투명이거나 투명하다. 특정 경우, 이들 각각은 반투명이거나 투명하다. 팁 어레이와 공통 기재의 결합체 두께는 200㎛ 미만, 바람직하게는 약 150㎛ 미만, 또는 더 바람직하게는 약 100㎛이다. The tip array can include a plurality of tips secured to a common substrate and formed from the polymers disclosed herein. The tips may be arranged randomly or in a regular periodic pattern (eg, in a matrix fashion, circular pattern, etc.). The tips may all have the same shape or may be of different shapes. The common substrate may comprise an elastomeric layer, which may include the same polymer that forms the tip of the tip array or may comprise a different elastomeric polymer than the tip array. The elastomer layer may have a thickness of about 50 μm to about 100 μm. The tip array can be attached or secured to a rigid support (eg, a glass such as a glass slide). In various cases, the common substrate, tip array, and / or rigid support, if present, are translucent or transparent. In certain cases, each of these is translucent or transparent. The combined thickness of the tip array and the common substrate is less than 200 μm, preferably less than about 150 μm, or more preferably about 100 μm.

패턴화 조성물Patterning composition

개시된 방법에서의 사용을 위해 적절한 패턴화 조성물은 균질 조성물 및 불균질 조성물을 모두 포함하며, 후자는 하나보다 많은 성분을 가진 조성물을 지칭한다. 패턴화 조성물은 팁 어레이 위에 코팅된다. 본 명세서에서 사용된 "코팅"이라는 용어는 팁 어레이의 코팅 뿐만 아니라 패턴화 조성물의 팁 어레이에 의한 흡착 및 흡수를 모두 지칭한다. 팁 어레이를 패턴화 조성물로 코팅할 경우, 패턴화 조성물은 팁 어레이를 사용하여 기재 표면 상에 패턴화될 수 있다.Patterning compositions suitable for use in the disclosed methods include both homogeneous and heterogeneous compositions, the latter of which refers to compositions having more than one component. The patterning composition is coated over the tip array. As used herein, the term "coating" refers to both the adsorption and absorption by the tip array of the patterned composition as well as the coating of the tip array. When coating the tip array with the patterning composition, the patterning composition can be patterned on the substrate surface using the tip array.

패턴화 조성물은 액체, 고체, 반-고체 등일 수 있다. 사용하기에 적절한 패턴화 조성물은 분자 용액, 고분자 용액, 페이스트, 겔, 크림, 글루(glue), 수지, 에폭시, 접착제, 금속 필름, 미립자, 땜납(solder), 식각제 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.The patterning composition can be liquid, solid, semi-solid, and the like. Patterning compositions suitable for use include molecular solutions, polymer solutions, pastes, gels, creams, glues, resins, epoxies, adhesives, metal films, particulates, solders, etchant and combinations thereof It is not limited to this.

패턴화 조성물은 단층 형성종(monolayer-forming species), 박막 형성종, 오일, 콜로이드, 금속, 금속 복합체, 금속 산화물, 세라믹, 유기종 (예를 들어, 저분자, 고분자, 고분자 전구체, 단백질, 항체 등과 같이 탄소-탄소 결합을 포함하는 잔기), 폴리머 (예를 들어, 비생물학적 폴리머 및, 단일 및 이중 사슬 DNA, RNA 등과 같은 생물학적 폴리머), 폴리머 전구체, 덴드라이머, 나노입자, 및 이들의 조합과 같으나 이에 제한되지는 않는 물질을 포함한다. 일부 구현예에서, 패턴화 조성물의 하나 이상의 성분은, 예를 들어 화학적 결합의 형성에 의해, 이온성 상호작용에 의해, 반데르발스 상호작용에 의해, 정전기적 상호작용에 의해, 자기력에 의해, 접착에 의해, 그리고 이들의 조합에 의해, 기재와 연결되기에 적절한 작용기를 포함한다. Patterning compositions may be monolayer-forming species, thin-film forming species, oils, colloids, metals, metal complexes, metal oxides, ceramics, organic species (e.g., small molecules, polymers, polymer precursors, proteins, antibodies, etc.). Residues comprising carbon-carbon bonds), polymers (eg, non-biological polymers and biological polymers such as single and double chain DNA, RNA, etc.), polymer precursors, dendrimers, nanoparticles, and combinations thereof Includes but is not limited to materials. In some embodiments, one or more components of the patterning composition are formed, for example, by the formation of chemical bonds, by ionic interactions, by van der Waals interactions, by electrostatic interactions, by magnetic forces, By adhesion, and by a combination thereof, to include functional groups suitable for connection with the substrate.

일부 구현예에서, 조성물은 그 점도를 조절하도록 조제된다. 잉크 점도를 제어할 수 있는 파라미터는 용매 조성, 용매 농도, 증점제 조성, 증점제 농도, 성분의 입자 크기, 폴리머 성분의 분자량, 폴리머 성분의 가교도, 성분의 자유 부피(즉, 다공도), 성분의 팽윤성, 잉크 성분 간의 이온성 상호 작용 (예를 들어, 용매-증점제 상호작용) 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.In some embodiments, the composition is formulated to adjust its viscosity. Parameters that can control the ink viscosity include solvent composition, solvent concentration, thickener composition, thickener concentration, particle size of the component, molecular weight of the polymer component, degree of crosslinking of the polymer component, free volume of the component (ie porosity), swelling of the component , Ionic interactions between ink components (eg, solvent-thickener interactions), and combinations thereof.

일부 구현예에서, 패턴화 조성물은 용매, 증점제, 이온성 화학종 (예를 들어, 양이온, 음이온, 양성 이온 등)과 같은 첨가제를 포함하며, 그 농도는 점도, 유전 상수, 전도도, 긴장성(tonicity), 밀도 등 중에 하나 이상을 조정하기 위해 선택될 수 있다.In some embodiments, the patterned composition comprises additives such as solvents, thickeners, ionic species (eg, cations, anions, zwitterions, etc.), the concentrations of which are viscosity, dielectric constant, conductivity, tonicity ), Density, etc. may be selected to adjust.

적절한 증점제는 카르복시알킬셀룰로오스 유도체 (예를 들어, 소디움카르복시메틸셀룰로오스)의 금속염, 알킬셀룰로오스 유도체 (예를 들어, 메틸셀룰로오스 및 에틸셀룰로오스), 부분적으로 산화된 알킬셀룰로오스 유도체 (예를 들어, 히드록시 에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스), 스타치, 폴리아크릴아미드 겔, 폴리-N-비닐피롤리돈의 호모폴리머, 폴리(알킬 에테르) (예를 들어, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 및 폴리프로필렌 옥사이드), 한천, 아가로스(agarose), 잔탄검, 젤라틴, 덴드라이머, 콜로이드성 실리콘 디옥사이드(colloidal silicon dioxide), 지질 (예를 들어, 지방, 오일, 스테로이드, 왁스, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산 및 아라키돈산과 같은 지방산의 글리세리드, 포스포코올린(phosphocholine)으로부터와 같은 지질 이중층) 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 일부 구현예에서, 증점제는 패턴화 조성물의 중량으로 약 0.5% 내지 약 25%, 약1% 내지 약 20%, 또는 약 5% 내지 약 15%의 농도로 존재한다.Suitable thickeners include metal salts of carboxyalkylcellulose derivatives (eg sodium carboxymethylcellulose), alkylcellulose derivatives (eg methylcellulose and ethylcellulose), partially oxidized alkylcellulose derivatives (eg hydroxy ethyl Cellulose, hydroxypropylcellulose and hydroxypropylmethylcellulose), starch, polyacrylamide gel, homopolymer of poly-N-vinylpyrrolidone, poly (alkyl ether) (e.g. polyethylene oxide, polyethylene glycol, And polypropylene oxide), agar, agarose, xanthan gum, gelatin, dendrimers, colloidal silicon dioxide, lipids (eg, fats, oils, steroids, waxes, oleic acid, linoleic acid) Glycerides, phosphocholines of fatty acids such as linolenic acid and arachidonic acid It comprises a lipid bilayer), and combinations thereof, such as from, but are not limited thereto. In some embodiments, the thickener is present at a concentration of about 0.5% to about 25%, about 1% to about 20%, or about 5% to about 15% by weight of the patterning composition.

패턴화 조성물을 위한 적절한 용매는, 물, C1-C8 알코올 (예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올), C6-C12 직쇄형, 분지형 및 고리형 탄화수소 (예를 들어, 헥산 및 시클로헥산), C6-C14 아릴 및 아랄킬 탄화수소 (예를 들어, 벤젠 및 톨루엔), C3-C10 알킬 케톤 (예를 들어, 아세톤), C3-C10 에스테르 (예를 들어, 에틸아세테이트), C4-C10 알킬 에테르, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 용매는 패턴화 조성물의 중량으로 약 1% 내지 약 99%, 약 5% 내지 약 95%, 약 10% 내지 약 90%, 약 15% 내지 약 95%, 약 25% 내지 약 95%, 약 50% 내지 약 95%, 또는 약 75% 내지 약 95%의 농도로 존재한다.Suitable solvents for the patterning composition include water, C1-C8 alcohols (eg methanol, ethanol, propanol and butanol), C6-C12 straight chain, branched and cyclic hydrocarbons (eg hexane and cyclohexane ), C6-C14 aryl and aralkyl hydrocarbons (eg benzene and toluene), C3-C10 alkyl ketones (eg acetone), C3-C10 esters (eg ethylacetate), C4-C10 alkyl Ethers, and combinations thereof, including but not limited to. In some embodiments, the solvent is about 1% to about 99%, about 5% to about 95%, about 10% to about 90%, about 15% to about 95%, about 25% to about by weight of the patterned composition. 95%, about 50% to about 95%, or about 75% to about 95%.

패턴화 조성물은 식각제를 포함할 수 있다. 여기서 사용된 바의, "식각제"라는 용어는 표면의 일부를 제거하도록 표면과 반응할 수 있는 성분을 지칭한다. 따라서, 식각제는 표면과 반응하고, 표면으로부터 제거될 수 있는 휘발성 및/또는 가용성 물질, 또는 예를 들어 헹굼 또는 세정 방법에 의해 기재로부터 제거될 수 있는 잔류물, 또는 미립자, 또는 단편 중 적어도 하나를 형성함에 의해 차감된 형상(subtractive feature)을 형성하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 식각제는 패턴화 조성물의 중량으로 약 0.5% 내지 약 95%, 약 1% 내지 약 90%, 약 2% 내지 약 85%, 약 0.5% 내지 약 10%, 또는 약 1% 내지 약 10%의 농도로 존재한다. The patterning composition may comprise an etchant. As used herein, the term “etchant” refers to a component that can react with a surface to remove a portion of the surface. Thus, the etchant reacts with the surface and at least one of volatile and / or soluble materials that can be removed from the surface, or residues, or particulates, or fragments that can be removed from the substrate, for example, by rinsing or cleaning methods. It is used to form a subtractive feature by forming a. In some embodiments, the etchant is about 0.5% to about 95%, about 1% to about 90%, about 2% to about 85%, about 0.5% to about 10%, or about 1% by weight of the patterning composition. To about 10%.

여기 개시된 방법에서의 사용을 위해 적절한 식각제는 산성 식각제, 염기성 식각제, 불화물계 식각제, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 본 발명과 함께 사용하기에 적절한 산성 식각제는 황산, 트리플루오로메탄설폰산, 플루오로설폰산, 트리플루오로아세트산, 불화수소산, 염화수소산, 카르보란산(carborane acid) 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 본 발명과 함께 사용하기에 적절한 염기성 식각제는 소디움 히드록시드, 포타슘 히드록시드, 암모늄 히드록시드, 테트라알킬암모늄 히드록시드 암모니아, 에탄올아민, 에틸렌디아민, 및 이들 의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 본 발명과 함께 사용하기에 적절한 불화물계 식각제는 암모늄 플루오라이드, 리튬 플루오라이드, 소디움 플루오라이드, 포타슘 플루오라이드, 루비듐 플루오라이드, 세슘 플루오라이드, 프란슘 플루오라이드, 안티몬 플루오라이드, 칼슘 플루오라이드, 암모늄 테트라플루오로보레이트, 포타슘테트라플루오로보레이트 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. Suitable etchant for use in the methods disclosed herein include, but are not limited to, acidic etchant, basic etchant, fluoride-based etchant, and combinations thereof. Acidic etching agents suitable for use with the present invention include sulfuric acid, trifluoromethanesulfonic acid, fluorosulfonic acid, trifluoroacetic acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, carborane acid, and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto. Basic etching agents suitable for use with the present invention include, but are not limited to, sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, tetraalkylammonium hydroxide ammonia, ethanolamine, ethylenediamine, and combinations thereof It doesn't work. Fluoride-based etchants suitable for use with the present invention include ammonium fluoride, lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, rubidium fluoride, cesium fluoride, francium fluoride, antimony fluoride, calcium fluoride, Ammonium tetrafluoroborate, potassium tetrafluoroborate and combinations thereof.

일부 구현예에서, 패턴화 조성물은 반응성 성분을 포함한다. 여기서 사용된 바의, "반응성 성분"이라는 용어는 기재와 화학적 상호 작용을 가지는 화합물 또는 화학종을 지칭한다. 일부 구현예에서, 잉크 내의 반응성 성분은 기재 내로 침투되거나 확산된다. 일부 구현예에서, 반응성 성분은 기재 표면 상에 노출된 작용기를 변형하거나 이에 결합하거나 혹은 이들에 대한 바인딩을 촉진한다. 반응성 성분은 이온, 프리 라디칼, 금속, 산, 염기, 금속염, 유기 시약 및 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 반응성 성분은, 비제한적으로, 티올, 히드록시드, 아민, 실란올, 실록산 등과 같은 단층 형성 화학종 및 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다른 단층 형성종을 더 포함한다. 반응성 성분은 패턴화 조성물의 중량으로 약 0.001% 내지 약 100%, 약 0.001% 내지 약 50%, 약 0.001% 내지 약 25%, 약 0.001% 내지 약 10%, 약 0.001% 내지 약 5%, 약 0.001% 내지 약 2%, 약 0.001% 내지 약 1%, 약 0.001% 내지 약 0.5%, 약 0.001% 내지 약 0.05%, 약 0.01% 내지 약 10%, 약 0.01% 내지 약 5%, 약 0.01% 내지 약 2%, 약 0.01% 내지 약 1%, 약 10% 내지 약 100%, 약 50% 내지 약 99%, 약 70% 내지 약 95%, 약 80% 내지 약 99%, 약 0.001%, 약 0.005%, 약 0.01%, 약 0.1%, 약 0.5%, 약 1%, 약 2%, 또는 약 5%의 농도로 존재할 수 있다.In some embodiments, the patterned composition comprises a reactive component. As used herein, the term "reactive component" refers to a compound or species that has a chemical interaction with the substrate. In some embodiments, reactive components in the ink penetrate or diffuse into the substrate. In some embodiments, the reactive component modifies or binds to or promotes binding to functional groups exposed on the substrate surface. Reactive components can include, but are not limited to, ions, free radicals, metals, acids, bases, metal salts, organic reagents, and combinations thereof. The reactive component further includes, but is not limited to, monolayer forming species such as thiols, hydroxides, amines, silanols, siloxanes, and the like, and other monolayers known to those of ordinary skill in the art. The reactive component is about 0.001% to about 100%, about 0.001% to about 50%, about 0.001% to about 25%, about 0.001% to about 10%, about 0.001% to about 5%, about by weight of the patterned composition 0.001% to about 2%, about 0.001% to about 1%, about 0.001% to about 0.5%, about 0.001% to about 0.05%, about 0.01% to about 10%, about 0.01% to about 5%, about 0.01% To about 2%, about 0.01% to about 1%, about 10% to about 100%, about 50% to about 99%, about 70% to about 95%, about 80% to about 99%, about 0.001%, about It may be present at a concentration of 0.005%, about 0.01%, about 0.1%, about 0.5%, about 1%, about 2%, or about 5%.

패턴화 조성물은 도전성 및/또는 반도전성(semi-conductive) 성분을 더 포함할 수 있다. 여기서 사용된 "도전성 성분"이라는 용어는 전하를 이전 또는 이동시킬 수 있는 화합물 또는 화학종을 지칭한다. 도전성 및 반도전성 성분은, 금속, 나노입자, 폴리머, 크림 땜납, 수지, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 도전성 성분은 패턴화 조성물의 중량으로 약 1% 내지 약 100%, 약 1% 내지 약 10%, 약 5% 내지 약 100%, 약 25% 내지 약 100%, 약 50% 내지 약 100%, 약 75% 내지 약 99%, 약 2%, 약 5%, 약 90%, 약 95%의 농도로 존재한다.The patterned composition may further comprise conductive and / or semi-conductive components. As used herein, the term "conductive component" refers to a compound or species capable of transferring or transferring charge. Conductive and semiconductive components include, but are not limited to, metals, nanoparticles, polymers, cream solders, resins, and combinations thereof. In some embodiments, the conductive component is about 1% to about 100%, about 1% to about 10%, about 5% to about 100%, about 25% to about 100%, about 50% to the weight of the patterning composition It is present at a concentration of about 100%, about 75% to about 99%, about 2%, about 5%, about 90%, about 95%.

패턴화 조성물에서의 사용을 위해 적절한 금속은 전이 금속, 알루미늄, 실리콘, 인, 갈륨, 게르마늄, 인듐, 주석, 안티몬, 납, 비스무스, 이들의 합금 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.Suitable metals for use in the patterning composition include, but are not limited to, transition metals, aluminum, silicon, phosphorus, gallium, germanium, indium, tin, antimony, lead, bismuth, alloys thereof, and combinations thereof.

일부 구현예에서, 패턴화 조성물은 반도전성 폴리머를 포함한다. 본 발명과 함께 사용을 위해 적절한 반도전성 폴리머는 폴리아닐린, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리(스티렌설포네이트), 폴리피롤, 아릴렌비닐렌 폴리머, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리이미다졸 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.In some embodiments, the patterned composition comprises a semiconductive polymer. Semiconductive polymers suitable for use with the present invention include polyaniline, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonate), polypyrrole, arylenevinylene polymers, polyphenylene vinylene, polyacetylene, Polythiophene, polyimidazole, and combinations thereof.

패턴화 조성물은 절연 성분을 포함할 수 있다. 여기서 사용된 "절연 성분"이라는 용어는 전하의 이동 또는 이전에 저항하는 화합물 또는 화학종을 지칭한다. 일부 구현예에서, 절연 성분은 약 1.5 내지 약 8 약 1.7 내지 약 5, 약 1.8 내지 약 4, 약 1.9 내지 약 3, 약 2 내지 약 2.7, 약 2.1 내지 약 2.5, 약 8 내지 약 90, 약 15 내지 약 85, 약 20 내지 약 80, 약 25 내지 약 75, 또는 약 30 내지 약 70의 유전 상수를 가진다. 여기에 개시된 방법에서 사용을 위해 적절한 절연 성분은 폴리머, 금속 산화물, 금속 탄화물, 금속 질화물, 이들의 단량체성 전구체, 이들의 입자, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 적절한 폴리머는 폴리디메틸실록산, 실세스퀴옥산(silsesquioxan), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 예를 들어, 절연 성분은 패턴화 조성물의 중량으로 약 1% 내지 약 95%, 약 1% 내지 약 80%, 약 1% 내지 약 50%, 약 1% 내지 약 20%, 약 1% 내지 약 10%, 약 20% 내지 약 95%, 약 20% 내지 약 90%, 약 40% 내지 약 80%, 약 1%, 약 5%, 약 10%, 약 90%, 또는 약 95%의 농도로 존재한다.The patterning composition may comprise an insulating component. As used herein, the term "insulating component" refers to a compound or species that resists the transfer or transfer of charge. In some embodiments, the insulating component is about 1.5 to about 8 about 1.7 to about 5, about 1.8 to about 4, about 1.9 to about 3, about 2 to about 2.7, about 2.1 to about 2.5, about 8 to about 90, about Has a dielectric constant of 15 to about 85, about 20 to about 80, about 25 to about 75, or about 30 to about 70. Insulating components suitable for use in the methods disclosed herein include, but are not limited to, polymers, metal oxides, metal carbides, metal nitrides, monomeric precursors thereof, particles thereof, and combinations thereof. Suitable polymers include, but are not limited to, polydimethylsiloxanes, silsesquioxan, polyethylene, polypropylene, polyimide, and combinations thereof. In some embodiments, for example, the insulating component is about 1% to about 95%, about 1% to about 80%, about 1% to about 50%, about 1% to about 20%, by weight of the patterning composition, About 1% to about 10%, about 20% to about 95%, about 20% to about 90%, about 40% to about 80%, about 1%, about 5%, about 10%, about 90%, or about Present at a concentration of 95%.

패턴화 조성물은 마스킹(masking) 성분을 포함할 수 있다. 여기서 사용된 "마스킹 성분" 이라는 용어는 반응 시 주변 표면과 반응할 수 있는 화학종에 저항하는 표면 형상을 형성하는 화합물 또는 화학종을 지칭한다. 본 발명과 함께 사용하기에 적절한 마스킹 성분은 전통적인 포토리소그라피법에서 "레지스트"로서 통상 채용되는 물질 (예를 들어, 포토레지스트, 화학적 레지스트, 자기 조립형 단층 등)을 포함한다. 여기서 개시된 방법에서 사용하기에 적절한 마스킹 성분은 폴리비닐피롤리돈과 같은 폴리머, 폴리(에피클로로히드린-co-에틸렌옥사이드), 폴리스티렌, 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(4-비닐피리딘-co-스티렌), 아민말단 폴리(스티렌-co-부타디엔), 폴리(아크릴로니트릴-co-부타디엔), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 코폴리머, 스티렌-에틸렌-부틸렌 블록 선형 코폴리머, 폴리스티렌-블록-폴리(에틸렌-ran-부틸렌)-블록-폴리스티렌, 폴리(스티렌-co-말레산무수물), 폴리스티렌-블록-폴리(에틸렌-ran-부틸렌)-블록-폴리스티렌-그라프트-말레산무수물, 폴리스티렌-블록-폴리이소프렌-블록-폴리스티렌, 폴리스티렌-블록-폴리(에틸렌-ran-부틸렌)-블록-폴리스티렌, 폴리노르보넨, 디카르복시 말단 폴리(아크릴로니트릴-co-부타디엔-co-아크릴산), 디카르복시말단 폴리(아크릴로니트릴-co-부타디엔), 폴리에틸렌이민, 폴리(카아보네이트 우레탄), 폴리(아크릴로니트릴-co-부타디엔-co-스티렌), 폴리(비닐클로라이드), 폴리(아크릴산), 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(메틸메타크릴레이트-co-메타크릴산), 폴리이소프렌, 폴리(1,4-부틸렌테레프탈레이트), 폴리프로필렌, 폴리(비닐알코올), 폴리(1,4-페닐렌설파이드), 폴리리모넨(polylimonene), 폴리(비닐알코올-co-에틸렌), 폴리[N,N'-(1,3-페닐렌)이소프탈아마이드], 폴리(1,4-페닐렌에테르-에테르-설폰), 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리[부틸렌 테레프탈레이트-co-폴리(알킬렌글리콜)테레프탈레이트], 폴리(에틸렌글리콜) 디아크릴레이트, 폴리(4-비닐피리딘), 폴리(DL-락타이드), 폴리(3,3',4,4'-벤조페논테트라카르복시산 이무수물-co-4,4'-옥시디아닐린/1,3-페닐렌디아민), 아가로스(agarose), 폴리비닐리덴 플루오라이드 호모폴리머, 스티렌-부타디엔 코폴리머, 페놀수지, 케톤수지, 4,5-디플루오로-2,2-비스(트리플루오로메틸)-1,3-디옥산, 이들의 염, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 구현예에서, 마스킹 성분은 패턴화 조성물의 중량으로 약 1% 내지 약 10%, 약 1% 내지 약 5%, 또는 약 2%의 농도로 존재한다.The patterning composition may comprise a masking component. As used herein, the term "masking component" refers to a compound or species that forms a surface shape that resists species that may react with the surrounding surface upon reaction. Masking components suitable for use with the present invention include materials commonly employed as "resists" in traditional photolithography methods (eg, photoresists, chemical resists, self-assembled monolayers, and the like). Masking components suitable for use in the methods disclosed herein include polymers such as polyvinylpyrrolidone, poly (epichlorohydrin-co-ethyleneoxide), polystyrene, poly (styrene-co-butadiene), poly (4-vinylpyridine -co-styrene), amine-terminated poly (styrene-co-butadiene), poly (acrylonitrile-co-butadiene), styrene-butadiene-styrene block copolymer, styrene-ethylene-butylene block linear copolymer, polystyrene- Block-poly (ethylene-ran-butylene) -block-polystyrene, poly (styrene-co-maleic anhydride), polystyrene-block-poly (ethylene-ran-butylene) -block-polystyrene-graft-maleic acid Anhydrides, polystyrene-block-polyisoprene-block-polystyrene, polystyrene-block-poly (ethylene-ran-butylene) -block-polystyrene, polynorbornene, dicarboxy terminated poly (acrylonitrile-co-butadiene-co- Acrylic acid), dicarboxy-terminated poly (arc) Rylonitrile-co-butadiene), polyethyleneimine, poly (carbonate urethane), poly (acrylonitrile-co-butadiene-co-styrene), poly (vinylchloride), poly (acrylic acid), poly (methylmethacryl Rate), poly (methylmethacrylate-co-methacrylic acid), polyisoprene, poly (1,4-butylene terephthalate), polypropylene, poly (vinyl alcohol), poly (1,4-phenylenesulfide ), Polylimonene, poly (vinyl alcohol-co-ethylene), poly [N, N '-(1,3-phenylene) isophthalamide], poly (1,4-phenylene ether-ether- Sulfone), poly (ethylene oxide), poly [butylene terephthalate-co-poly (alkylene glycol) terephthalate], poly (ethylene glycol) diacrylate, poly (4-vinylpyridine), poly (DL-lac Tide), poly (3,3 ', 4,4'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride-co-4,4'-oxydianiline / 1,3-phenylenediamine), agarose, polyvinyl Lee Fluoride homopolymers, styrene-butadiene copolymers, phenol resins, ketone resins, 4,5-difluoro-2,2-bis (trifluoromethyl) -1,3-dioxane, salts thereof, and these Combinations of, but not limited to. In some embodiments, the masking component is present at a concentration of about 1% to about 10%, about 1% to about 5%, or about 2% by weight of the patterning composition.

패턴화 조성물은 도전성 성분 및 반응성 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응성 성분은, 표면으로의 도전성 성분의 침투, 도전성 성분과 표면 사이의 반응, 도전성 형상 및 표면 사이의 접착성, 도전성 형상과 표면 사이의 전기 접촉의 촉진, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 향상시킬 수 있다. 이러한 패턴화 조성물을 반응시킴에 의해 형성되는 표면 형상은 부가 비침투성(additive non-penetrating), 부가 침투성(additive penetrating), 차감 침투성(subtractive penetrating), 및 등각 침투성(conformal penetrating) 표면 형상들로 이루어진 군으로부터 선택되는 도전성 형상을 포함한다. The patterning composition may comprise a conductive component and a reactive component. For example, the reactive component may be one of: penetration of the conductive component into the surface, reaction between the conductive component and the surface, adhesion between the conductive shape and the surface, promotion of electrical contact between the conductive shape and the surface, and combinations thereof. The above can be improved. The surface shape formed by reacting such a patterning composition is made up of additive non-penetrating, additive penetrating, subtractive penetrating, and conformal penetrating surface shapes. It includes a conductive shape selected from the group.

예를 들어, 도전성 형상 삽입체(inset)를 내부에 가지는 차감형 표면 형상을 생산하기 위해 적절한, 패턴화 조성물은 식각제 및 도전성 성분을 포함할 수 있다.For example, the patterning composition, suitable for producing a subtractive surface shape having a conductive shaped inset therein, may include an etchant and a conductive component.

패턴화 조성물은 절연 성분과 반응성 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응성 성분은 표면으로의 절연 성분의 침투, 절연 성분과 표면 사이의 반응, 절연성 형상 및 표면 사이의 접착성, 절연성 형상과 표면 사이의 전기 접촉의 촉진, 및 이들의 조합 중 하나 이상을 향상시킬 수 있다. 이러한 패턴화 조성물을 반응시킴에 의해 형성되는 표면 형상은 부가 비침투성, 부가 침투성, 차감 침투성, 및 등각 침투성 표면 형상들로 이루어진 군으로부터 선택되는 절연성 형상을 포함한다. The patterning composition may comprise an insulating component and a reactive component. For example, the reactive component may be one or more of penetration of the insulating component into the surface, reaction between the insulating component and the surface, adhesion between the insulating shape and the surface, promotion of electrical contact between the insulating shape and the surface, and a combination thereof. Can improve. The surface shape formed by reacting such a patterning composition includes an insulating shape selected from the group consisting of additional non-invasive, additional permeability, subtractive permeability, and conformal permeable surface shapes.

예를 들어, 절연성 형상 삽입체를 내부에 가지는 차감형 표면 형상을 생산하기 위해 적절한, 패턴화 조성물은 식각제 및 절연 성분을 포함할 수 있다.For example, the patterning composition, suitable for producing a subtractive surface shape having an insulating shape insert therein, may include an etchant and an insulating component.

예를 들어, 표면 상에 전기적으로 전도성인 마스킹 형상을 생산하기에 적절한 패턴화 조성물은 도전성 성분 및 마스킹 성분을 포함할 수 있다.For example, a patterning composition suitable for producing an electrically conductive masking shape on a surface can include a conductive component and a masking component.

개시된 방법과 함께 사용하기에 적절한 패턴화 조성물의 다른 고려되는 성분은 티올, 1,9-노난디티올 용액, 실란, 실라잔, 알킨스(alkynes) 시스타민(cystamine), N-Fmoc 보호된 아미노티올, 생체 분자, DNA, 단백질, 항체, 콜라겐, 펩티드, 비오틴(biotin) 및 탄소 나노튜브를 포함한다.Other contemplated components of the patterning composition suitable for use with the disclosed methods include thiols, 1,9-nonanedithiol solutions, silanes, silazanes, alkynes cystamines, N-Fmoc protected aminos. Thiols, biomolecules, DNA, proteins, antibodies, collagen, peptides, biotin and carbon nanotubes.

패턴화 화합물과 패턴화 조성물, 및 이들의 제조와 사용에 대한 기재를 위해서는, Xia 및 Whitesides의 Angew. Chem. Int. Ed., 37, 550-575 (1998) 및 여기서 인용된 참조 문헌들; Bishop 등의 Curr. Opinion Colloid & Interface Sci., 1, 127-136 (1996); Calvert, J.의 Vac. Sci. Technol. B, 11, 2155-2163 (1993); Ulman의 Chem. Rev., 96:1533 (1996) (금 위의 알칸티올); Dubois 등의 Annu. Rev. Phys. Chem., 43:437 (1992) (금 위의 알칸티올); Ulman의 An Introduction to Ultrathin Organic Films: From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly (Academic, Boston, 1991) (금 위의 알칸티올); Whitesides의 화학적 연구 나노상 화학에 관한 Robert A. Welch 재단의 제39회 컨퍼런스 (휴스턴, 텍사스주) 회의록, 제109-121면 (1995) (금에 부착된 알칸티올); Mucic 등의 Chem. Commun. 555-557 (1996) (금 표면에 3' 티올 DNA를 부착시키는 방법을 기술함); 미국특허 제5,472,881호 (금 표면에 올리고뉴클레오티드-포스포로티올레이트의 바인딩); Burwell의 Chemical Technology, 4, 370-377 (1974) 및 Matteucci과 Caruthers의 J. Am. Chem. Soc., 103, 3185-3191 (1981) (실리카 및 유리 표면에 대한 올리고뉴클레오티드-알킬실록산의 바인딩); Grabar 등의 Anal. Chem., 67, 735-743 (아미노알킬실록산의 바인딩 및 머켑토알킬실록산의 유사한 바인딩); Nuzzo 등의 J. Am. Chem. Soc., 109, 2358 (1987) (금 위에 디설파이드); Allara 및 Nuzzo의 Langmuir, 1, 45 (1985) (알루미늄 상의 카르복시산); Allara 및 Tompkins의 J. Colloid Interfate Sci., 49, 410-421 (1974) (구리 상의 카르복시산); Iler의 The Chemistry Of Silica, 제6장, (Wiley 1979) (실리카 상의 카르복시산); Timmons 및 Zisman의 J. Phys. Chem., 69, 984-990 (1965) (백금 상의 카르복시산); Soriaga 및 Hubbard의 J. Am. Chem. Soc., 104, 3937 (1982) (백금 상의 방향족 고리 화합물); Hubbard의 Acc. Chem. Res., 13, 177 (1980) (백금 상의 술포란(sulfolane), 술폭시드 및 그 외 관능화된 용매); Hickman 등의 J. Am. Chem. Soc., 111, 7271 (1989) (백금 상의 이소니트릴); Maoz 및 Sagiv의 Langmuir, 3, 1045 (1987) (실리카 상의 실란); Maoz 및 Sagiv의 Langmuir, 3, 1034 (1987) (실리카 상의 실란); Wasserman 등의 Langmuir, 5, 1074 (1989) (실리카 상의 실란); Eltekova 및 Eltekov의 Langmuir, 3, 951 (1987) (티타늄 디옥사이드 및 실리카 상의 방향족 카르복시산, 알데히드, 알코올 및 메톡시기); 및 Lec 등의 J. Phys. Chem., 92, 2597 (1988) (금속 상에 강성 포스페이트); Lo 등의 J. Am. Chem. Soc., 118, 11295-11296 (1996) (초전도체 상의 피롤 부착); Chen 등의 J. Am. Chem. Soc., 117, 6374-5 (1995) (초전도체에 대한 아민 및 티올의 부착); Chen 등의 Langmuir, 12, 2622-2624 (1996) (초전도체에 대한 티올 부착); McDevitt 등의 미국특허 제5,846,909호 (초전도체에 대한 아민 및 티올 부착); Xu 등의 Langmuir, 14, 6505-6511 (1998) (초전도체에 대한 아민 부착); Mirkin 등의 Adv. Mater. (Weinheim, Ger.), 9, 167-173 (1997) (초전도체에 대한 아민 부착); Hovis 등의 J. Phys. Chem. B, 102, 6873-6879 (1998) (실리콘에 대한 올레핀 및 디엔 부착); Hovis 등의 Surf. Sci., 402-404, 1-7 (1998) (실리콘에 대한 올레핀 및 디엔 부착); Hovis 등의 J. Phys. Chem. B, 101, 9581-9585 (1997) (실리콘에 대한 올레핀 및 디엔 부착); Hamers 등의 J. Phys. Chem. B, 101, 1489-1492 (1997) (실리콘에 대한 올레핀 및 디엔 부착); Hamers 등의 미국특허 제5,908,692호 (실리콘에 대한 올레핀 및 디엔 부착); Ellison 등의 J. Phys. Chem. B, 103, 6243-6251 (1999) (실리콘에 대한 이소티오시아네이트 부착); Ellison 등의 J. Phys. Chem. B, 102, 8510-8518 (1998) (실리콘에 대한 아조알칸의 부착); Ohno 등의 Mol. Cryst. Liq. Cryst. Sci. Technol., Sect. A, 295, 487-490 (1997) (GaAs에 대한 티올 부착); Reuter 등의 Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 380, 119-24 (1995) (GaAs에 대한 티올 부착); Bain의 Adv. Mater. (Weinheim, Fed. Repub. Ger.), 4, 591-4 (1992) (GaAs에 대한 티올 부착); Sheen 등의 J. Am. Chem. Soc., 114, 1514-15 (1992) (GaAs에 대한 티올 부착); Nakagawa 등의 Jpn. J. Appl. Phys., Part 1, 30, 3759-62 (1991) (GaAs에 대한 티올 부착); Lunt 등의 J. Appl. Phys., 70, 7449-67 (1991) (GaAs에 대한 티올 부착); Lunt 등의 J. Vac. Sci. Technol., B, 9, 2333-6 (1991) (GaAs에 대한 티올 부착); Yamamoto 등의 Langmuir ACS ASAP, 인터넷판 제Ia990467r호 (InP에 대한 티올 부착); Gu 등의 J. Phys. Chem. B, 102, 9015-9028 (1998) (InP에 대한 티올 부착); Menzel 등의 Adv. Mater. (Weinheim, Ger.), 11, 131-134 (1999) (금에 대한 디설파이드 부착); Yonezawa 등의 Chem. Mater., 11, 33-35 (1999) (금에 대한 디설파이드 부착); Porter 등의 Langmuir, 14, 7378-7386 (1998) (금에 대한 디설파이드 부착); Son 등의 J. Phys. Chem., 98, 8488-93 (1994) (금과 은에 대한 니트릴 부착); Steiner 등의 Langmuir, 8, 2771-7 (1992) (금과 구리에 대한 니트릴 부착); Solomun 등의 J. Phys. Chem., 95, 10041-9 (1991) (금에 대한 니트릴 부착); Solomun 등의 Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem., 95, 95-8 (1991) (금에 대한 니트릴 부착); Henderson 등의 Inorg. Chim. Acta, 242, 115-24 (1996) (금에 대한 이소니트릴 부착); Huc 등의 J. Phys. Chem. B, 103, 10489-10495 (1999) (금에 대한 이소니트릴 부착); Hickman 등의 Langmuir, 8, 357-9 (1992) (백금에 대한 이소니트릴 부착); Steiner 등의 Langmuir, 8, 90-4 (1992) (금에 대한 아민과 포스핀 부착 및 구리에 대한 아민 부착); Mayya 등의 J. Phys. Chem. B, 101, 9790-9793 (1997) (금과 은에 대한 아민 부착); Chen 등의 Langmuir, 15, 1075-1082 (1999) (금에 대한 카르복실레이트 부착); Tao의 J. Am. Chem. Soc., 115, 4350-4358 (1993) (구리 및 은에 대한 카르복실레이트 부착); Laibinis 등의 J. Am. Chem. Soc., 114, 1990-5 (1992) (은 및 구리에 대한 티올 부착); Laibinis 등의 Langmuir, 7, 3167-73 (1991) (은에 대한 티올 부착); Fenter 등, Langmuir, 7, 2013-16 (1991) (은에 대한 티올 부착); Chang 등의 Am. Chem. Soc., 116, 6792-805 (1994) (은에 대한 티올 부착); Li 등의 J. Phys. Chem., 98, 11751-5 (1994) (은에 대한 티올 부착); Li 등의 Report, 24 pp (1994) (은에 대한 티올 부착); Tarlov 등의 미국특허 제5,942,397호 (은과 구리에 대한 티올 부착); Waldeck 등의 PCT 출원 제WO/99/48682호 (은과 구리에 대한 티올 부착); Gui 등의 Langmuir, 7, 955-63 (1991) (은에 대한 티올 부착); Walczak 등의 J. Am. Chem. Soc., 113, 2370-8 (1991) (은에 대한 티올 부착); Sangiorgi 등의 Gazz. Chim. Ital., 111, 99-102 (1981) (구리에 대한 아민 부착); Magallon 등의, 제215회 ACS 전국 회의 (달라스, 1998년 3월 29일 - 4월 2일) 초록, COLL-048 (구리에 대한 아민 부착); Patil 등의 Langmuir, 14, 2707-2711 (1998) (은에 대한 아민 부착); Sastry 등의 J. Phys. Chem. B, 101, 4954-4958 (1997) (은에 대한 아민 부착); Bansal 등의 J. Phys. Chem. B. 102, 4058-4060 (1998) (실리콘에 대한 알킬리튬 부착); Bansal 등의 J. Phys. Chem. B, 102, 1067-1070 (1998) (실리콘에 대한 알킬리튬 부착); Chidsey의 제214회 ACS 전국 회의 (라스베가스, 네바다주, 1997년 9월 7일 - 9월 11일) 초록, I&EC-027 (실리콘에 대한 알킬리튬 부착); Song, J. H.의 논문, 캘리포니아 주립대 샌디에이고 (1998) (실리콘 디옥사이드에 대한 알킬리튬 부착); Meyer 등의 J. Am. Chem. Soc., 110, 4914-18 (1988) (반도체에 대한 아민 부착); Brazdil 등의 J. Phys. Chem., 85, 1005-14 (1981) (반도체에 대한 아민 부착); James 등의 Langmuir, 14, 741-744 (1998) (유리에 대한 단백질 및 펩티드 부착); Bernard 등의 Langmuir, 14, 2225-2229 (1998) (유리, 폴리스티렌, 금, 은 및 실리콘 웨이퍼에 대한 단백질 부착); Pereira 등의 J. Mater. Chem., 10, 259 (2000) (SiO2에 대한 실라잔 부착); Pereira 등의 J. Mater. Chem., 10, 259 (2000) (SiO2에 대한 실라잔 부착); Dammel의 Diazonaphthoquinone Based Resists (제1판, SPIE Optical Engineering Press, 벨링험, 워싱톤, 1993) (SiO2에 대한 실라잔 부착); Anwander 등의 J. Phys. Chem. B, 104, 3532 (2000) (SiO2에 대한 실라잔 부착); Slavov 등의 J. Phys. Chem., 104, 983 (2000) (SiO2에 대한 실라잔 부착)을 참조한다.For a description of patterning compounds and patterning compositions, and their preparation and use, see Angew. Xia and Whitesides. Chem. Int. Ed., 37, 550-575 (1998) and references cited therein; Curr, Bishop et al. Opinion Colloid & Interface Sci., 1, 127-136 (1996); Calvert, J. Vac. Sci. Technol. B, 11, 2155-2163 (1993); Ulman Chem. Rev., 96: 1533 (1996) (alkanthiols on gold); Annu, Dubois et al. Rev. Phys. Chem., 43: 437 (1992) (alkanthiols on gold); An Introduction to Ultrathin Organic Films: From Langmuir-Blodgett to Self-Assembly (Academic, Boston, 1991) by Ulman (Alcanthiol on Gold); Chemical Research by Whitesides Minutes of the 39th Conference of the Robert A. 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Ital., 111, 99-102 (1981) (amine attachment to copper); Magallon et al., 215th ACS National Conference (Dallas, March 29-April 2, 1998) Abstract, COLL-048 (Amine Attachment to Copper); Langmuir, 14, 2707-2711 (1998) by Patil et al. (Amine attachment to silver); J. Phys. Chem. B, 101, 4954-4958 (1997) (amine attachment to silver); J. Phys. Chem. B. 102, 4058-4060 (1998) (alkyllithium attachment to silicon); J. Phys. Chem. B, 102, 1067-1070 (1998) (alkyllithium attachment to silicon); Chidsey's 214th ACS National Conference (Las Vegas, Nevada, September 7-September 1997) Abstract, I & EC-027 (Alkyllithium Attachment to Silicon); Song, JH, San Diego, California (1998) (Alkyllithium Attachment to Silicon Dioxide); Meyer et al. J. Am. Chem. Soc., 110, 4914-18 (1988) (amine attachment to semiconductors); Brazdil et al. J. Phys. Chem., 85, 1005-14 (1981) (amine attachment to semiconductors); Langmuir, 14, 741-744 (1998) by James et al. (Protein and peptide attachment to glass); Langmuir, 14, 2225-2229 (1998) by Bernard et al. (Protein adhesion to glass, polystyrene, gold, silver and silicon wafers); J. Mater, Pereira et al. Chem., 10, 259 (2000) (silazane attachment to SiO 2 ); J. Mater, Pereira et al. Chem., 10, 259 (2000) (silazane attachment to SiO 2 ); Dammel's Diazonaphthoquinone Based Resists (First Edition, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington, 1993) (silazane attachment to SiO 2 ); Anwander et al. J. Phys. Chem. B, 104, 3532 (2000) (silazane attachment to SiO 2 ); Slavov et al. J. Phys. See Chem., 104, 983 (2000) (silazane attachment to SiO 2 ).

패턴화 대상 기재Patterning Target

여기에 개시된 방법에서 사용하기에 적절한 기재는 금속, 합금, 복합체, 결정성 재료, 비정질 재료, 도체, 반도체, 광학재료(optics), 섬유, 무기 재료, 유리, 세라믹 (예를 들어, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 규화물, 및 이들의 조합), 제올라이트, 폴리머, 플라스틱, 유기 재료, 미네랄, 생체 재료, 생체 조직(living tissue), 뼈, 이들의 필름, 이들의 박막, 이들의 라미네이트, 이들의 박편(foil), 이들의 복합체, 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 기재는, 결정성 실리콘, 다결정성 실리콘, 비정질 실리콘, p-도핑된 실리콘, n-도핑된 실리콘, 실리콘 옥사이드, 실리콘 게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비소, 갈륨 비소 인화물(gallium arsenide phosphide), 인듐 주석 산화물, 및 이들의 조합과 같으나 이에 제한되지는 않는 반도체를 포함할 수 있다. 기재는 도핑되지 않은 실리카 유리(SiO2), 불소화 실리카 유리, 보로실리케이트 유리, 보로포스포로실리케이트(borophosphorosilicate) 유리, 오르가노실리케이트 유리, 다공질 오르가노실리케이트 유리, 및 이들의 조합과 같으나 이에 제한되지는 않는 유리를 포함할 수 있다. 기재는 열분해 탄소, 강화된 탄소-탄소 복합체, 카본-페놀성 수지 등 및 이들의 조합과 같이 비-평면(non-planar) 기재일 수 있다. 기재는 실리콘 카바이드, 수소화 실리콘 카바이드, 실리콘 질화물, 실리콘 카아보니트라이드(silicon carbonitride), 실리콘 옥시니트라이드(silicon oxynitride), 실리콘 옥시카바이드, 고온역 재사용형 단열재(high-temperature reusable surface insulation), 섬유상 내화물 복합체 절연체 타일, 강화된 단편 섬유상 절연체(toughened unipiece fibrous insulation), 저온역 재사용형 단열재, 고급 재사용형 단열재(advanced reusable surface insulation) 및 이들의 조합과 같으나 이에 제한되지는 않는 세라믹을 포함할 수 있다. 기재는, 플라스틱, 금속, 이들의 복합체, 이들의 라미네이트, 이들의 박막, 이들의 박편, 및 이들의 조합과 같으나 이에 제한되지는 않는 가요성 재료를 포함할 수 있다.Suitable substrates for use in the methods disclosed herein include metals, alloys, composites, crystalline materials, amorphous materials, conductors, semiconductors, optics, fibers, inorganic materials, glass, ceramics (eg, metal oxides, Metal nitrides, metal silicides, and combinations thereof), zeolites, polymers, plastics, organic materials, minerals, biomaterials, living tissues, bones, films thereof, thin films thereof, laminates thereof, flakes thereof folls, complexes thereof, combinations thereof, but is not limited thereto. The substrate is crystalline silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, p-doped silicon, n-doped silicon, silicon oxide, silicon germanium, germanium, gallium arsenide, gallium arsenide phosphide, indium tin oxide, And a semiconductor, such as but not limited to a combination thereof. Substrates include, but are not limited to, undoped silica glass (SiO 2 ), fluorinated silica glass, borosilicate glass, borophosphorosilicate glass, organosilicate glass, porous organosilicate glass, and combinations thereof. May contain glass. The substrate can be a non-planar substrate, such as pyrolytic carbon, reinforced carbon-carbon composites, carbon-phenolic resins, and the like, and combinations thereof. Substrates include silicon carbide, hydrogenated silicon carbide, silicon nitride, silicon carbonitride, silicon oxynitride, silicon oxycarbide, high-temperature reusable surface insulation, fibrous Refractory composite insulator tiles, toughened unipiece fibrous insulation, low temperature reusable insulation, advanced reusable surface insulation, and combinations thereof, and ceramics such as, but not limited to. . The substrate may include flexible materials such as, but not limited to, plastics, metals, composites thereof, laminates thereof, thin films thereof, flakes thereof, and combinations thereof.

팁 어레이의 평활화 및 기재 표면 상에의 패턴화 조성물의 퇴적 Smoothing of the tip array and deposition of the patterned composition on the substrate surface

개시된 방법은 스캐닝 프로브 현미경에 기초한 리소그라피 방법 (예를 들어, 딥 펜 리소그라피)에 유사한, 원 위치 이미지화(in situ imaging) 능력뿐만 아니라, 미세 접촉 인쇄에 유사한 신속한 방식으로 형상을 패턴화하는 능력을 제공한다. 패턴화될 수 있는 형상은 크기가 서브-100nm으로부터 1mm 까지 또는 그 이상의 범위이며, 팁 어레이의 접촉 시간 및/또는 접촉 압력을 변경함에 의해 제어될 수 있다. DPN과 유사하게, 기재 표면에 퇴적된 (형상 크기에 의해 측정되는) 패턴화 조성물의 양은 접촉시간에 비례하며, 구체적으로는 접촉시간과 제곱근 상관 관계가 있다. (참조: 도 6) DPN과 달리, 팁 어레이의 접촉 압력은 기재 표면 상에 퇴적될 수 있는 패턴화 조성물의 양을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 접촉 압력은 압전 스캐너의 z-압전에 의해 제어될 수 있다. (참조: 도 2B) 팁 어레이에 더 많은 압력 (또는 힘)이 적용될수록, 형상 크기가 더 커진다. 따라서, 접촉 시간과 접촉 힘/압력의 임의의 조합은 약 30nm로부터 약 1mm까지 혹은 그 이상의 형상 크기의 형성을 위한 수단을 제공할 수 있다. 이처럼 넓은 범위의 크기의 형상을 밀리세컨드 내에 "직접 작성" 또는 원위치 방식으로 제조하는 능력은, 개시된 리소그라피 방법을 전자 장치 (예를 들어, 회로 패턴화) 및 바이오테크놀로지 (예를 들어, 생물학적 검정을 위한 표적의 배열)를 포함하는 리소그라피 응용분야의 호스트(host)에 적응 가능하도록 만든다. 팁 어레이의 접촉 압력은 약 10MPa 내지 약 300MPa 일 수 있다.The disclosed methods are in situ imaging, similar to lithography methods (eg, dip pen lithography) based on scanning probe microscopy. situ imaging) as well as the ability, provides the ability to pattern a shape in a similar way to rapid micro-contact printing. Shapes that can be patterned range in size from sub-100 nm to 1 mm or more and can be controlled by changing the contact time and / or contact pressure of the tip array. Similar to DPN, the amount of patterned composition (measured by shape size) deposited on the substrate surface is proportional to the contact time, specifically the square root correlation with the contact time. (See FIG. 6) Unlike DPN, the contact pressure of the tip array can be used to alter the amount of patterning composition that can be deposited on the substrate surface. The contact pressure can be controlled by the z-piezoelectric of the piezoelectric scanner. (See FIG. 2B) The more pressure (or force) is applied to the tip array, the larger the shape size. Thus, any combination of contact time and contact force / pressure may provide a means for the formation of shape sizes from about 30 nm to about 1 mm or more. The ability to “manually create” or in-situ manners of such a wide range of shapes in milliseconds may be useful in the disclosed lithography methods for electronic devices (eg, circuit patterning) and biotechnology (eg, biological assays). Array of targets) to make it adaptable to a host of lithographic applications. The contact pressure of the tip array can be about 10 MPa to about 300 MPa.

여기 개시된 바람직한 재료에 대하여 약 0.01 내지 약 0.1g/㎠의 압력과 같이 매우 낮은 압력에서는 최종 인디시아의 형상 크기는 접촉 압력에 독립적이어서, 인디시아의 형상 크기의 변화 없이 기재 표면 상에 팁 어레이를 평활하게 할 수 있다. 이처럼 낮은 압력은 팁 어레이가 탑재되는 압전 스캐너의 z-압전의 0.5㎛ 이하의 연장에 의해 달성할 수 있으며, 0.01 g/㎠ 내지 약 0.1g/㎠의 압력은 0.5㎛ 미만의 z-압전 연장에 의해 적용될 수 있다. 이러한 "완충" 압력 범위로 인해, 팁을 압축하지 않고 팁과 기재 표면 간의 초기 접촉을 달성하도록 팁 어레이, 기재 또는 양자를 조정한 다음, (팁의 내부 표면으로부터 나오는 광의 반사에서의 변화에 의해 관찰되는) 팁의 압축 정도를 사용하여 팁과 기재 표면 사이의 균일한 접촉 정도를 달성할 수 있다. 팁 어레이의 팁의 불균일 접촉은 불균일한 인디시아를 초래할 수 있기 때문에 이러한 평활화 능력은 중요하다. 팁 어레이의 많은 개수(예를 들어, 여기서 제공된 실시예에서 1100만개)의 팁과 그들의 작은 크기를 고려할 때 모든 팁이 표면과 접촉했는지의 여부를 명확히 아는 것은 실제적 문제에서는 어렵거나 혹은 불가능할 수 있다. 예를 들어, 팁 또는 기재 표면의 결함 혹은 기재 표면의 불규칙성은 다른 모든 팁이 균일하게 접촉하고 있는 동안 하나의 팁이 접촉하지 않게 되는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 개시된 방법은 적어도 실질적으로 모든 팁이 기재 표면과 (예를 들어, 감지 가능한 정도까지) 접촉할 수 있게 한다. 예를 들어, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%의 팁이 기재 표면과 접촉하게 될 것이다.At very low pressures, such as from about 0.01 to about 0.1 g / cm 2 for the preferred materials disclosed herein, the shape size of the final indicia is independent of the contact pressure, so that the tip array is placed on the substrate surface without changing the shape size of the indicia. Can be smoothed. This low pressure can be achieved by an extension of 0.5 μm or less of the z-piezoelectric of the piezoelectric scanner on which the tip array is mounted, and a pressure of 0.01 g / cm 2 to about 0.1 g / cm 2 is required for z-piezoelectric extension of less than 0.5 μm. Can be applied by Due to this "buffer" pressure range, the tip array, substrate, or both are adjusted to achieve initial contact between the tip and the substrate surface without compressing the tip, and then (observed by a change in the reflection of light from the inner surface of the tip). The degree of compression of the tip can be used to achieve a uniform degree of contact between the tip and the substrate surface. This smoothing ability is important because uneven contact of the tips of the tip array can result in uneven indicia. Given the large number of tip arrays (eg, 11 million in the embodiments provided herein) and their small size, it may be difficult or impossible in practical matters to clearly know whether all the tips are in contact with the surface. For example, defects in the tip or substrate surface or irregularities in the substrate surface may result in one tip not coming in contact while all other tips are in uniform contact. Thus, the disclosed method allows at least substantially all of the tips to contact (eg, to a detectable degree) the substrate surface. For example, at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least 99% of the tips will be in contact with the substrate surface.

팁 어레이와 기재 표면을 서로에 대하여 평활화시키는 것은, 투명하거나 혹은 적어도 반투명한 팁 어레이 및 공통 기재의 배열을 사용하여 팁 어레이의 최상부로부터 (즉, 팁의 기부 및 공통 기재의 이면에서) 기재 표면으로 이를 통해 유도되는 광의 반사에서의 변화를 관찰할 수 있다는 사실에 의해 보조될 수 있다. 팁 어레이의 팁으로부터 반사된 광의 강도는 기재 표면과의 접촉시 더 커진다. (예를 들어, 팁 어레이의 내부 표면은 접촉시 상이하게 광을 반사한다) 개개의 팁에서의 광의 반사에서의 변화를 관찰함으로써 기재 표면에 대하여 팁 어레이의 모든 혹은 실질적으로 모든 팁의 접촉을 수행하도록 팁 어레이 및/또는 기재 표면을 조정할 수 있다. 따라서, 팁 어레이 및 공통 기재는 바람직하게는 반투명이거나 혹은 투명해서, 기재 표면과의 접촉시 팁의 광 반사에서의 변화를 감지할 수 있게 한다. 마찬가지로, 팁 어레이가 탑재되는 모든 강성 이면재료도 바람직하게는 적어도 투명 또는 반투명이다.Smoothing the tip array and the substrate surface relative to each other is accomplished from the top of the tip array (ie, at the base of the tip and on the back of the common substrate) to the substrate surface using a transparent or at least translucent tip array and an array of common substrates. This can be aided by the fact that changes in the reflection of the light induced can be observed. The intensity of the light reflected from the tips of the tip array is greater upon contact with the substrate surface. (Eg, the inner surface of the tip array reflects light differently upon contact). Perform all or substantially all of the tip contact of the tip array with respect to the substrate surface by observing a change in the reflection of the light at the individual tip. The tip array and / or substrate surface can be adjusted to achieve this. Thus, the tip array and common substrate are preferably translucent or transparent, allowing to detect changes in the light reflection of the tip upon contact with the substrate surface. Likewise, all rigid backing materials on which the tip array is mounted are also preferably at least transparent or translucent.

팁에 대한 접촉 시간은 기재 표면의 임의의 특정 지점에서 요구되는 패턴화 조성물의 양에 따라 약 0.001초 내지 60초일 수 있다. 접촉력은 압전 스캐너의 z-압전을 변화시키거나 혹은 팁 어레이 전반에 걸쳐 힘의 제어된 적용을 가능케 하는 다른 수단에 의해 제어될 수 있다.The contact time for the tip may be about 0.001 seconds to 60 seconds depending on the amount of patterning composition required at any particular point on the substrate surface. The contact force can be controlled by varying the z-piezoelectric of the piezoelectric scanner or by other means that allow for controlled application of the force across the tip array.

기재 표면은 팁 어레이와 복수회 접촉할 수 있으며, 이 때 팁 어레이, 기재 표면 또는 양자는 기재 표면의 상이한 부분이 접촉할 수 있도록 이동한다. 각각의 접촉 단계의 시간과 압력은 소망하는 패턴에 따라 동일하거나 상이할 수 있다. 인디시아 또는 패턴의 형태는 실제적인 한계가 없으며, 도트, 선(예를 들어, 개개 점으로부터 형성되었거나 연속적인 직선 또는 곡선), 미리 선택된 패턴 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The substrate surface may be in contact with the tip array multiple times, with the tip array, the substrate surface, or both, moving so that different portions of the substrate surface may contact. The time and pressure of each contacting step can be the same or different depending on the desired pattern. The shape of the indicia or pattern has no practical limit and may include dots, lines (eg, straight or curved lines formed from individual points or continuous lines), preselected patterns, or a combination thereof.

개시된 방법으로부터 수득한 인디시아는 고도의 동일성을 가지며, 따라서 크기 면에서 그리고 바람직하게는 형태 면에서 균일하거나 실질적으로 균일하다. 개개 인디시아의 형상 크기 (예를 들어, 도트 너비 또는 선폭)는 매우 균일하여, 예를 들어 허용 오차가 약 5%, 또는 약 1% 또는 약 0.5% 이내이다. 허용 오차는 약 0.9%, 약 0.8%, 약 0.7%, 약 0.6%, 약 0.4%, 약 0.3%, 약 0.2%, 또는 약 0.1% 일 수 있다. 형상 크기 및/또는 형태의 불균일성은 서브 미크론 타입 패턴화에 바람직하지 않을 수 있는 인디시아의 조도(roughness)를 초래할 수 있다.The indicia obtained from the disclosed method has a high degree of identity and is therefore uniform or substantially uniform in size and preferably in form. The shape size (eg dot width or line width) of the individual indicia is very uniform such that the tolerance is within about 5%, or about 1% or about 0.5%, for example. Tolerance may be about 0.9%, about 0.8%, about 0.7%, about 0.6%, about 0.4%, about 0.3%, about 0.2%, or about 0.1%. Non-uniformity of shape size and / or shape may result in roughness of indicia that may be undesirable for submicron type patterning.

형상 크기는 약 10nm 내지 약 1mm, 약 10nm 내지 약 500㎛, 약 10nm 내지 약 100㎛, 약 50nm 내지 약 100㎛, 약 50nm 내지 약 50㎛, 약 50nm 내지 약 10㎛, 약 50nm 내지 약 5㎛, 또는 약 50nm 내지 약 1㎛일 수 있다. 형상크기는 1㎛ 미만, 약 900nm 미만, 약 800nm 미만, 약 700nm 미만, 약 600nm 미만, 약 500nm 미만, 약 400nm 미만, 약 300nm 미만, 약 200nm 미만, 약 100nm 미만, 또는 약 90nm 미만일 수 있다. Shape sizes range from about 10 nm to about 1 mm, about 10 nm to about 500 μm, about 10 nm to about 100 μm, about 50 nm to about 100 μm, about 50 nm to about 50 μm, about 50 nm to about 10 μm, about 50 nm to about 5 μm Or from about 50 nm to about 1 μm. The shape size may be less than 1 μm, less than about 900 nm, less than about 800 nm, less than about 700 nm, less than about 600 nm, less than about 500 nm, less than about 400 nm, less than about 300 nm, less than about 200 nm, less than about 100 nm, or less than about 90 nm.

실시예Example

폴리머Polymer 펜 어레이 마스터의 제작: Fabrication of the Pen Array Master:

Shipley1805 (MicroChem, Inc.) 포토레지스트를 금 박막 기재 (예비 정화된 산화 Si<100> 웨이퍼 상에 열적으로 증발된 100nm Au를 가진 10nm Cr 접착층) 상에 스핀 코팅하였다. 정방형 웰 어레이를 크롬 마스크를 사용하여 포토리소그라피에 의해 제작하였다. 포토레지스트 패턴을 MF319 현상액 (MicroChem, Inc.) 내에서 현상하고, 이어서 O2 플라즈마에 30초 동안 (200m Torr) 노출하여 잔류 유기층을 제거하였다. 이어서, 기재를 금 (Type TFA, Transene) 및 크롬(Type 1020, Transene) 식각 용액에 각각 위치시켰다. 각각의 식각 단계 후에 표면을 정화하기 위해 MiliQ 물로 다량의 헹굼이 필요하였다. 이어서, 아세톤으로 포토레지스트를 세정 제거하여 금 패턴을 노출시켰다. 금 패턴 기재를 75℃에서 ~25분 동안 KOH 식각 용액 (H2O:IPA (4:1 v/v) 내의 30% KOH)에 넣고 격렬히 교반하였다. Si 웨이퍼의 미피복 영역이 비등방적으로 식각되어, 리세스 피라미드(recessed pyramid)를 형성하였다. 잔류 Au 및 Cr 층을 습식 화학적 식각에 의해 제거하였다. 최종적으로 피라미드 마스터는 가스상 실란화(silanization)에 의해 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실트리클로로실란 (Gelest, Inc.)으로 개질되었다. Shipley 1805 (MicroChem, Inc.) photoresist was spin coated onto a gold thin film substrate (10 nm Cr adhesive layer with 100 nm Au thermally evaporated on a pre-purified Si <100> wafer). Square well arrays were made by photolithography using a chrome mask. The photoresist pattern was developed in MF319 developer (MicroChem, Inc.) and then exposed to O 2 plasma for 30 seconds (200 m Torr) to remove residual organic layer. Subsequently, the substrates were placed in gold (Type TFA, Transene) and chromium (Type 1020, Transene) etching solutions, respectively. After each etching step a large amount of rinse was required with MiliQ water to purify the surface. The photoresist was then washed away with acetone to expose the gold pattern. The gold pattern substrate was placed in KOH etching solution (30% KOH in H 2 O: IPA (4: 1 v / v)) at ˜25 min at 75 ° C. and vigorously stirred. The uncovered regions of the Si wafers were anisotropically etched to form recessed pyramids. Residual Au and Cr layers were removed by wet chemical etching. Finally the pyramid master was modified to 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltrichlorosilane (Gelest, Inc.) by gas phase silanization.

폴리머Polymer 펜 어레이의 제작 Fabrication of Pen Arrays : :

경질 PDMS (h-PDMS)(1,2)를 폴리머 펜 어레이 제작을 위해 사용하였다. h-PDMS는 비닐-화합물이 풍부한 프리폴리머 (VDT-731, Gelest) 3.4g 및 하이드로실란이 풍부한 가교제 (HMS-301) 1.0g으로 이루어졌다. 폴리머의 제조는 일반적으로 비닐 분획에 대한 20ppm w/w의 백금 촉매 (크실렌 내의 백금디비닐테트라메틸디실록산 복합체, SIP6831.1 Gelest) 및 혼합물에 대한 0.1% w/w의 조정제(modulator) (2,4,6,8-테트라메틸테트라비닐시클로테트라실록산, Fluka)를 필요로 하였다. 혼합물을 교반하고, 탈기하고 폴리머 펜 어레이 마스터의 최상부에서 부었다. 이어서, 미리 정화된 유리 슬라이드 (VWR, Inc.)를 엘라스토머 어레이의 최상부에 위치시키고 전체 조립체를 70℃에서 하룻밤 동안 경화시켰다. 폴리머 펜 어레이를 피라미드 마스터로부터 조심스럽게 분리하고 나서 리소그라피 실험을 위해 사용하였다. 펜 어레이의 제조를 위한 과정을 도 1A에 도시한다.Hard PDMS ( h- PDMS) (1,2) was used for polymer pen array fabrication. h- PDMS consisted of 3.4 g of vinyl-compound-rich prepolymer (VDT-731, Gelest) and 1.0 g of hydrosilane-rich crosslinker (HMS-301). The preparation of polymers generally involves a 20 ppm w / w platinum catalyst for the vinyl fraction (platinumdivinyltetramethyldisiloxane complex in SIP, SIP6831.1 Gelest) and a 0.1% w / w modulator for the mixture (2 , 4,6,8-tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane, Fluka). The mixture was stirred, degassed and poured on top of the polymer pen array master. Subsequently, a pre-purified glass slide (VWR, Inc.) was placed on top of the elastomer array and the entire assembly was cured overnight at 70 ° C. The polymer pen array was carefully separated from the pyramid master and used for lithography experiments. The procedure for manufacturing the pen array is shown in FIG. 1A.

폴리머Polymer 펜 어레이에 의한 단백질 어레이 패턴화 Protein Array Patterning by Pen Array : :

테트라메틸로다민 5-(및-6)-이소티오시아네이트 (TRITC) 공액(conjugated) 항 마우스 IgG 어레이를 폴리머 펜 리소그라피에 의해 Codelink™ 유리 슬라이드(GE Healthcare)위에 생성하였다. 일반적인 실험에서, 폴리머 펜 어레이는 폴리에틸렌 글리콜 실란 (PEG-실란)으로 개질하여 단백질과 PDMS 표면 사이의 비특정 상호작용을 최소화하였다. 표면 개질을 수행하기 위해, 폴리머 펜 어레이를 산소 플라즈마에 잠깐 (30초) 노출하여 표면을 친수성으로 만들었다. 이어서, 이를 1mM PEG-실란 수성 용액 (pH 2, MW 2,000, Rapp Polymere, 독일)에 2시간 동안 침지하고, 탈이온수로 세정한 다음 N2로 불어서 말렸다. 이어서 50mg/ml 글리세롤 및 5mg/ml TRITC 공액 IgG로 이루어진 수성 용액을 PEG-실란 개질된 폴리머 펜 어레이 위에 (1,000 rpm, 2분) 스핀 코팅하고, 펜 어레이를 사용하여 Codelink™ 슬라이드 상에 단백질 어레이를 생성하였다. 펜 어레이는 유리 슬라이드 지지체를 통해 팁 어레이를 감시함에 의해 평활화되었다. 팁이 기재 표면과 접촉할 경우, 팁으로부터 반사된 광의 양이 현저하게 증가하여, 모든 팁 혹은 상당수의 팁이 기재 표면과 접촉하는 때 (예를 들어, 팁이 "평활화"된 때)를 쉽게 감시할 수 있었다. 패턴화 환경은 20℃에서 상대습도 70%를 유지하였다. 폴리머 펜 리소그라피 공정 후에, Codelink™ 슬라이드를 습도 체임버 내에서 하룻밤 동안 배양하고, 0.02% 소디움 도데실 설페이트로 헹구어서 물리 흡착된 (physisorbed) 물질을 제거하였다. 도 7은 생성된 3x3 IgG 어레이의 형광 이미지를 나타낸다. 각각의 IgG 도트는 팁어레이를 기재와 3초 동안 접촉시켜 제조되었다. 각 IgG 도트의 크기는 4 ± 0.7㎛ 였다.Tetramethylrhodamine 5- (and-6) -isothiocyanate (TRITC) conjugated anti mouse IgG arrays were generated on a Codelink ™ glass slide (GE Healthcare) by polymer pen lithography. In a general experiment, polymer pen arrays were modified with polyethylene glycol silanes (PEG-silanes) to minimize non-specific interactions between proteins and PDMS surfaces. To perform the surface modification, the polymer pen array was briefly exposed to oxygen plasma (30 seconds) to make the surface hydrophilic. It was then immersed in 1 mM PEG-silane aqueous solution (pH 2, MW 2,000, Rapp Polymere, Germany) for 2 hours, washed with deionized water and then blown with N 2 to dry. An aqueous solution consisting of 50 mg / ml glycerol and 5 mg / ml TRITC conjugated IgG was then spin coated onto a PEG-silane modified polymer pen array (1,000 rpm, 2 minutes) and the protein array was placed on a Codelink ™ slide using a pen array. Generated. The pen array was smoothed by monitoring the tip array through a glass slide support. When the tip is in contact with the substrate surface, the amount of light reflected from the tip is significantly increased, making it easy to monitor when all or a significant number of tips are in contact with the substrate surface (eg, when the tip is "smoothed"). Could. The patterned environment maintained a relative humidity of 70% at 20 ° C. After the polymer pen lithography process, Codelink ™ slides were incubated overnight in a humidity chamber and rinsed with 0.02% sodium dodecyl sulfate to remove the physisorbed material. 7 shows a fluorescence image of the generated 3 × 3 IgG array. Each IgG dot was prepared by contacting the tip array with the substrate for 3 seconds. The size of each IgG dot was 4 ± 0.7 micrometers.

이상은 본 발명을 기술하고 예시한 것이나, 후속하는 청구범위에 의해 한정되는 본 발명을 제한하고자 하는 의도는 없는 것이다. 개시되고 청구된 모든 방법은 본 개시 내용의 관점에서 과도한 실험 없이 실시되고 수행될 수 있다. 본 발명의 물질과 방법은 특정 구현예의 측면에서 기술되었으나, 본 발명의 개념, 사상 및 범위로부터 이탈하지 않고 여기에 기재된 물질 및/또는 방법과 방법의 단계 또는 단계의 순서를 변경할 수 있음이 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다. 더 구체적으로는, 화학적 및 생리학적으로 관련된 특정 제제가 여기에 기재된 제제를 대체할 수 있으며, 동일 또는 유사한 결과를 달성할 것이다.The foregoing has described and illustrated the invention, but is not intended to limit the invention as defined by the following claims. All methods disclosed and claimed may be practiced and performed without undue experimentation in light of the present disclosure. Although the materials and methods of the present invention have been described in terms of particular embodiments, it is to be understood that the steps and order of steps of the materials and / or methods and methods described herein may be altered without departing from the spirit, scope and scope of the invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art. More specifically, certain chemically and physiologically related agents may be substituted for the formulations described herein and will achieve the same or similar results.

여기서 인용된 모든 특허, 간행물 및 참조 문헌은 원용에 의해 본 명세서에 완전히 통합된다. 본 개시 내용과 통합된 특허, 간행물 및 참조 문헌들 사이에 충돌이 있는 경우, 본 개시 내용이 지배한다.All patents, publications, and references cited herein are hereby fully incorporated by reference. In case of conflict between the patent, publication, and reference incorporated herein, the present disclosure is governed.

Claims (45)

각각 곡률 반경이 약 1㎛ 미만인, 복수개의 비-외팔보형(non-cantilevered) 팁을 포함하는 압축성 엘라스토머 폴리머를 포함하는 팁 어레이를 패턴화 조성물로 코팅하는 단계;
모든 또는 실질적으로 모든 상기 코팅된 팁으로 기재 표면 상에 상기 패턴화 조성물을 퇴적시키고 실질적으로 균일한, 1㎛ 미만의 도트 크기 (또는 선폭)를 가진 인디시아(indicia)를 형성하도록, 상기 기재 표면을 제1 접촉 기간 동안 및 제1 접촉 압력에서 상기 어레이의 모든 또는 실질적으로 모든 상기 코팅된 팁과 접촉시키는 단계를 포함하는, 기재 표면에의 인디시아의 서브 미크론 규모 인쇄를 위한 방법.
Coating a tip array comprising a compressible elastomeric polymer comprising a plurality of non-cantilevered tips, each having a radius of curvature of less than about 1 μm with a patterning composition;
All or substantially all of the coated tips deposit the patterned composition on the substrate surface and form a substantially uniform, indicia with a dot size (or line width) of less than 1 μm. Contacting all or substantially all of the coated tips of the array during a first contact period and at a first contact pressure.
제1항에 있어서,
상기 팁 어레이는 규칙적인 주기 패턴으로 배열된 복수개의 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1,
And the tip array comprises a plurality of tips arranged in a regular periodic pattern.
제1항 또는 제2항에 있어서,
각각의 팁은 약 0.2㎛ 미만의 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein each tip has a radius of curvature of less than about 0.2 μm.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리머는 약 10MPa 내지 약 300MPa의 압축 모듈러스를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the polymer has a compression modulus of about 10 MPa to about 300 MPa.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리머는 가교된 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4,
And wherein said polymer is crosslinked.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리머는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein said polymer comprises polydimethylsiloxane (PDMS).
제6항에 있어서,
상기 PDMS는 트리메틸실록시 말단의 비닐메틸실록산-디메틸실록산 코폴리머, 메틸히드로실록산-디메틸실록산 코폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 6,
Wherein said PDMS comprises a trimethylsiloxy terminated vinylmethylsiloxane-dimethylsiloxane copolymer, methylhydrosiloxane-dimethylsiloxane copolymer or mixtures thereof.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁 어레이의 각각의 팁은 동일한 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein each tip of the tip array is of the same shape.
제8항에 있어서,
상기 팁 형태는 피라미드형인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 8,
The tip shape is characterized in that the pyramid.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 단계는 상기 팁 어레이 위로 상기 패턴화 조성물을 흡착 또는 흡수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 9,
And wherein said coating step includes adsorbing or absorbing said patterned composition onto said tip array.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁 어레이, 상기 기재 표면 또는 양자를 이동시키는 단계 및 제2 접촉 기간 동안 및 제2 접촉 압력에서 상기 접촉 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 10,
Moving the tip array, the substrate surface, or both, and repeating the contacting step during a second contacting period and at a second contacting pressure.
제11항에 있어서,
상기 제1 접촉 기간과 상기 제2 접촉 기간은 같은 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 11,
The first contact period and the second contact period are the same.
제11항에 있어서,
상기 제1 접촉 기간과 상기 제2 접촉 기간은 다른 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 11,
And wherein the first contact period and the second contact period are different.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 접촉 압력과 상기 제2 접촉 압력은 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 11 to 13,
The first contact pressure and the second contact pressure are the same.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 접촉 압력과 상기 제2 접촉 압력은 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 11 to 13,
And wherein the first contact pressure and the second contact pressure are different.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 압력을 제어하도록 상기 기재 또는 상기 팁 어레이가 탑재되는 압전 스캐너의 z-압전을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 15,
Controlling the z-piezoelectric of the piezoelectric scanner on which the substrate or the tip array is mounted to control the contact pressure.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁 어레이를 이동시키는 단계 및 상기 기재 표면을 정지 상태로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 11 to 16,
Moving the tip array and keeping the substrate surface at rest.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁 어레이를 정지 상태로 유지하는 단계 및 상기 기재 표면을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 11 to 16,
Maintaining the tip array at rest and moving the substrate surface.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁 어레이 및 상기 기재 표면을 모두 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 11 to 16,
Moving both the tip array and the substrate surface.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
도트를 포함하는 인디시아를 형성하도록 상기 팁 어레이와 상기 기재 간의 측방향 움직임을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 19,
Limiting lateral movement between the tip array and the substrate to form an indicia comprising dots.
제20항에 있어서,
약 10nm 내지 약 500㎛의 범위의 직경을 가진 상기 도트를 형성하도록 상기 접촉 기간, 상기 접촉 압력 또는 양자를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 20,
Controlling the contact period, the contact pressure, or both to form the dot having a diameter in the range of about 10 nm to about 500 μm.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 선 및 미리 선택된 패턴을 포함하는 인디시아를 형성하도록 접촉 단계 동안 및/또는 접촉 및 퇴적 단계의 하나 이상의 세트 사이에 상기 팁 어레이와 상기 기재 표면 간의 측방향 움직임을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 19,
Controlling lateral movement between the tip array and the substrate surface during the contacting step and / or between one or more sets of contacting and depositing steps to form indicia comprising one or more lines and a preselected pattern. How to feature.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁 어레이를 위해, 10MPa 내지 300MPa의 압력 하에 후크 탄성인 압축성 폴리머를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 22,
Selecting for the tip array, a compressive polymer that is hook elastic under pressure of 10 MPa to 300 MPa.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁 어레이의 각각의 팁을 상기 기재 표면과 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 23,
Contacting each tip of the tip array with the substrate surface.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인디시아는 900nm 미만의 도트 크기 (또는 선폭)을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 24,
The indicia has a dot size (or line width) of less than 900 nm.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인디시아는 100nm 미만의 도트 크기 (또는 선폭)을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 25,
The indicia has a dot size (or line width) of less than 100 nm.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁의 내부 표면으로부터 입사광의 내부 반사를 일으키도록 상기 팁 어레이를 입사광으로 배면 조명(backlighting)하고;
상기 팁 어레이의 상기 팁과 상기 기재 표면을 함께 z-축을 따라 상기 팁들의 부분 집합과 상기 기재 표면 간의 접촉 지점까지 가져오고, (이 때, 접촉은 상기 기재 표면과 접촉하고 있는 상기 팁들의 상기 부분집합으로부터 반사된 광의 증가된 강도에 의해 지시되는 반면 다른 팁으로부터의 반사된 광의 강도에서의 변화가 없는 것은 비접촉 팁을 나타냄);
비접촉 팁과 상기 기재 표면 사이의 접촉을 달성하도록, 상기 팁의 상기 내부 표면으로부터의 상기 반사된 광의 강도에서의 차이에 대응하여 상기 팁 어레이와 상기 기재 표면 중 하나 또는 양자를 서로에 대하여 기울이되, 상기 기울임은 x축, y축 및/또는 z축을 따라 1회 이상 수행됨으로써 상기 기재 표면에 대하여 상기 팁 어레이의 상기 팁들을 평활하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 26,
Backlighting the tip array with incident light to cause internal reflection of incident light from the inner surface of the tip;
Bringing the tip and the substrate surface of the tip array together along a z-axis to a point of contact between the subset of the tips and the substrate surface, wherein the contact is the subset of the tips that are in contact with the substrate surface. As indicated by the increased intensity of the light reflected from it while no change in the intensity of the reflected light from the other tip indicates a non-contact tip);
To achieve contact between the non-contact tip and the substrate surface, one or both of the tip array and the substrate surface are tilted relative to each other in response to a difference in intensity of the reflected light from the inner surface of the tip. And the tilting is performed at least once along the x, y and / or z axis to smooth the tips of the tip array with respect to the substrate surface.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁의 내부 표면으로부터 입사광의 내부 반사를 일으키도록 상기 팁 어레이를 입사광으로 배면 조명하고;
상기 팁 어레이의 상기 팁과 상기 기재 표면 간에 접촉을 일으키도록 상기 팁 어레이의 상기 팁과 상기 기재 표면을 z축을 따라 함께 가져오고;
상기 팁 어레이 및 상기 기재 중 하나 또는 양자를 서로를 향하여 z-축을 따라 더 이동시켜 상기 팁의 부분 집합을 압축하고, 이로써 상기 팁들로부터의 반사된 광의 강도가 상기 기재 표면에 대한 상기 팁의 압축의 정도의 함수로서 증가하며;
상기 기재 표면과 팁 사이의 실질적으로 균일한 접촉을 달성하도록, 상기 팁의 내부 표면으로부터의 상기 반사된 광의 강도에서의 차이에 대응하여 상기 팁 어레이 및 상기 기재 표면 중 하나 또는 양자를 서로에 대하여 기울이되, 상기 기울임은 x축, y축, 및/또는 z축을 따라 1회 이상 수행함으로써 상기 기재 표면에 대하여 상기 팁 어레이의 상기 팁을 평활화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 26,
Back illuminating the tip array with incident light to cause internal reflection of incident light from the inner surface of the tip;
Bringing the tip of the tip array and the substrate surface together along a z axis to effect contact between the tip of the tip array and the substrate surface;
One or both of the tip array and the substrate are further moved along the z-axis toward each other to compress the subset of tips such that the intensity of reflected light from the tips is dependent upon the compression of the tip relative to the substrate surface. Increases as a function of degree;
Tilt one or both of the tip array and the substrate surface with respect to each other in response to a difference in intensity of the reflected light from the inner surface of the tip to achieve a substantially uniform contact between the substrate surface and the tip. Wherein the tilting further comprises smoothing the tip of the tip array with respect to the substrate surface by performing one or more times along the x, y, and / or z axis.
공통 기재 층에 고정된 복수개의 팁을 포함하되, 상기 팁과 공통 기재층은 엘라스토머 폴리머로부터 형성되고, 상기 팁의 상기 엘라스토머 폴리머는 약 10MPa 내지 약 300MPa의 압축 모듈러스를 가지고, 각각의 팁은 약 1㎛ 미만의 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 팁 어레이.A plurality of tips secured to a common substrate layer, wherein the tip and the common substrate layer are formed from an elastomeric polymer, wherein the elastomeric polymer of the tip has a compression modulus of about 10 MPa to about 300 MPa, each tip having about 1 Tip array, characterized in that it has a radius of curvature of less than μm. 제29항에 있어서,
각각의 팁은 약 0.5㎛ 미만의 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
The method of claim 29,
Each tip has a radius of curvature of less than about 0.5 μm.
제30항에 있어서,
각각의 팁은 약 100nm 미만의 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
The method of claim 30,
Each tip has a radius of curvature of less than about 100 nm.
제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁은 규칙적인 주기 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
The method of any one of claims 29 to 31,
And the tips are arranged in a regular periodic pattern.
제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁은 동일한 형태인 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
33. The method according to any one of claims 29 to 32,
Tip array, characterized in that the tip is the same shape.
제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁은 피라미드 형인 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
The method according to any one of claims 29 to 33, wherein
And the tip is pyramidal in shape.
제29항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공통 기재층의 두께는 약 50㎛ 내지 약 100㎛인 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
36. The method of any of claims 29 to 35,
And the thickness of the common substrate layer is about 50 μm to about 100 μm.
제29항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공통 기재가 고착되는 강성 지지체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
36. The method of any of claims 29 to 35,
And a rigid support to which the common substrate is fixed.
제29항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팁 어레이, 공통 기재층 및 강성 지지체는 적어도 반투명인 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
The method according to any one of claims 29 to 36,
And the tip array, common substrate layer and rigid support are at least translucent.
제29항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공통 기재층과 팁은 약 200㎛ 미만의 결합된 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
The method according to any one of claims 29 to 37,
And the common substrate layer and the tip have a combined thickness of less than about 200 μm.
제38항에 있어서,
상기 결합된 두께는 약 150㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
The method of claim 38,
And the combined thickness is less than about 150 μm.
제39항에 있어서,
상기 결합된 두께는 약 100㎛인 것을 특징으로 하는 팁 어레이.
The method of claim 39,
And the combined thickness is about 100 μm.
공통 기재층에 고정된 복수개의 팁을 포함하되, 상기 팁과 공통 기재층은 엘라스토머 폴리머로부터 형성되고, 각각의 팁은 약 1㎛ 미만의 곡률반경을 가지고, 상기 공통 기재층과 팁은 약 200㎛ 미만의 결합된 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 팁 어레이.A plurality of tips fixed to a common substrate layer, wherein the tips and the common substrate layer are formed from an elastomeric polymer, each tip having a radius of curvature of less than about 1 μm, and the common substrate layer and the tip about 200 μm Tip array having a combined thickness of less than. 공통 엘라스토머 폴리머 기재에 고정된 복수개의 팁을 포함하는, 적어도 반투명의 적층 구조물을 포함하되, 상기 기재는 유리 슬라이드에 고정된 것을 특징으로 하는 팁 어레이.And a translucent laminated structure comprising a plurality of tips secured to a common elastomeric polymer substrate, wherein the substrate is secured to a glass slide. 랜드(land)에 의해 이격된 기재 내의 리세스(recess) 어레이를 포함하는 마스터(master)를 형성하는 단계;
프리폴리머(prepolymer) 및 선택에 따라 가교제를 포함하는 프리폴리머 혼합물로 상기 리세스를 충전하고 상기 랜드를 피복하는 단계;
폴리머 구조물을 형성하도록 상기 프리폴리머 혼합물을 경화하는 단계; 및
상기 마스터로부터 상기 폴리머 구조물을 분리하는 단계를 포함하는 팁 어레이 제조 방법.
Forming a master comprising an array of recesses in the substrate spaced by lands;
Filling said recess with a prepolymer mixture comprising a prepolymer and optionally a crosslinking agent and covering said lands;
Curing the prepolymer mixture to form a polymer structure; And
Separating the polymer structure from the master.
제44항에 있어서,
상기 기재 내에 웰을 형성하고 상기 기재를 이방적으로 습식 식각함에 의해 상기 리세스를 피라미드형 리세스로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 44,
Forming wells in said substrate and forming said recesses into pyramidal recesses by anisotropically wet etching said substrate.
제44항 또는 제45항에 있어서,
상기 충전되고 코팅된 기재를 경화 전에 평면 유리층으로 덮는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
46. The method of claim 44 or 45,
And covering said filled and coated substrate with a planar glass layer prior to curing.
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